新型无机硼磷酸盐的合成与性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:fabiosyn
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无机磷酸盐有着丰富的结构类型、较高的化学稳定性和热稳定性、较宽的带隙、高紫外透过性和易形成非心化合物等特性,使其在非线性光学材料、阳极材料、离子导体及离子交换等研究领域有着重要的应用。目前,简单的磷酸盐研究已经相当成熟,为了获得结构新颖和性能优良的新型磷酸盐,人们逐渐将目光集中在混合阴离子磷酸盐的研究。已报道的混阴离子磷酸盐主要集中在BO33-,CO32-,NO3-,SeO32-,TeO42-等阴离子与磷酸根结合,其中硼酸根与磷酸根的结合是研究最为广泛的一个体系,大量具有优良非线性光学性能的硼磷酸盐不断被报道。本论文主要开展新型无机硼磷酸盐材料的研究工作。一方面,我们进行了硼磷酸盐体系的探索,尝试将氟引入到硼磷酸盐中,使其紫外吸收截止边发生蓝移以获得深紫外非线性光学材料;尝试将不同种类的阳离子引入到硼磷酸盐体系合成混阳离子硼磷酸盐,希望能够获得具有新型结构的硼磷酸盐的非线性光学材料。另一方面,基于简单的磷酸盐,尝试将过渡金属离子引入到磷酸盐中,以得到二阶非线性效应大的磷酸盐化合物。鉴于以上两个方面,我们采用水热合成法,成功合成了一系列氟硼磷酸盐和混阳离子磷酸盐,主要的成果如下:一、在硼磷酸盐体系,通过水热法成功合成了八例硼磷酸盐化合物:RbBPO4F(1),CsBPO4F(2),(NH42BPO4F2(3),NH4PbBP2O8(4),NaMgBP2O8(OH)2(5),KMgBP2O7(OH)2(6),Rb2Ni3(H2O)2B4P6O24(OH)2(7)和Na6Mn3B2P5O21Cl·H2O(8)。在化合物1-3中,F原子取代BO4基团上的氧原子形成BO3F/BO2F2四面体,然后与PO4四面体通过共用氧原子形成阴离子框架,再与阳离子相互作用从而形成三维结构。这三例化合物均结晶于非中心对称空间群,具有非线性光学性能,其倍频效应分别为0.4、0.6、0.8倍的KDP,而且它们拥有较短的吸收截止边(<200 nm),是潜在的深紫外非线性光学材料。而在另外几例化合物中,都是BO4与PO4基团通过共用氧原子连接形成三维框架,阳离子以不同配位方式进行填充。其中化合物4是非中心对称化合物,其倍频系数为0.5倍KDP。磁性测试表明,化合物7的磁性离子具有反铁磁相互作用,而化合物8中的磁性离子之间具有顺磁相互作用。二、在磷酸盐体系,尝试将过渡金属离子引入到磷酸盐中,过渡金属离子配位模式多种多样且易形成畸变多面体,有利于产生非心化合物。我们成功合成了两例含过渡金属的混合阳离子磷酸盐:LiHgPO4(9)和Li2Fe(HPO42(10)。其中,化合物9结晶于非中心对称空间群P-421m,具有较强的非线性光学效应,其倍频系数为11倍的KDP,而且由于该化合物中畸变的HgO6八面体极化程度大且与PO4基团连接形成层状结构,使其具有较高的各向异性以及较大的双折射率,能在1064 nm有效实现相位匹配。
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