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硼酸盐化合物以其丰富的结构类型及优异的光学性能,一直活跃于无机化学领域中。过去,在硼酸盐的研究体系中,碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土硼酸盐的研究一直处于主导地位,大多采用溶液法、水热法或者高温固相法合成,所得化合物通常以致密结构形式存在。近年来发现将某些主族金属元素引入到硼氧骨架中,能形成更丰富的结构类型和空旷的骨架结构,甚至获得性能优异的硼酸盐材料。 本文采用中温水热/溶剂热法,探索了基于有机胺模板剂和基于碱土金属离子模板剂的硼酸盐化合物的合成,总共得到了六例结构新颖的硼酸盐化合物。通过单晶X-射线衍射实验确定了所合成化合物的结构,同时利用红外光谱、元素分析、P-XRD、热重分析、EDS能谱分析、紫外-可见漫反射光谱等技术手段对其进行了表征,并研究了部分化合物的能带特性和非线性光学性质。 [NH2(CH2)4N(CH2)2NH3]·B7O10(OH)3(3-1) [NH2(CH2)4N(CH2)2NH3]6·Al6B33O60(OH)9·7H2O(3-2) [NH3(CH2)2NH(CH2)2NH3]2·B14O20(OH)6(3-3) [NH3(CH2)2NH(CH2)2NH3]2·Al2B10O20·4H2O(3-4) [NH3(CH2)3N(CH2)4N(CH2)3NH3]·[B5O6(OH)4]2(3-5) Sr3B7O10(OH)7(3-6) 其中,化合物3-1与3-2基于相同的有机胺模板剂,N-(2-氨基乙基)哌嗪(N-(2-aminoethyl)piperazine),分别形成孤立与二维层状结构。有意思的是3-2中含有的B5O9(OH)簇单元是首例只含有一个羟基的B5氧簇单元。在此化合物中,通过AlO4四面体与B-O簇间的交替连接形成二维层状结构。层与层之间进一步通过Al2O4及B5O10单元的连接作用形成带有一定厚度的双层结构,在该双层结构内部存在着沿c轴方向分布的孔道结构。同样地,化合物3-3与3-4也是基于相同的有机胺模板剂,二乙烯三胺,分别为孤立与三维网络结构。化合物3-3结晶于中心对称空间群,P21/c,而化合物3-4则结晶于手性空间群P21,其二阶非线性系数约为KDP(KH2PO4)的2倍,且在测试范围内可实现相位匹配。化合物3-4结构中,每个B5O10簇通过AlO4四面体与另外12个B5O10簇相连,反过来,每个AlO4四面体通过B5O10簇与另外12个AlO4四面体相连形成一个新颖的在[100],[010]和[001]三个方向均存在有螺旋孔道的三维结构。化合物3-5以有机胺1,4-双(3-氨丙基)哌嗪(1,4-Bis(3-aminopropyl)piperazine)为模板剂,为一例孤立的硼酸盐化合物。化合物3-6是一例以金属阳离子Sr2+为模板剂的一维链状结构。值得注意的是,化合物3-6中呈双三元环结构的B5O14簇单元中,五个硼原子均采用四配位模式,这在硼氧簇中非常罕见。