【摘 要】
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本论文主要研究了几种硫酸铋复盐化合物的合成条件、晶体结构及相关性质。采用水热反应法合成了含有不同配体的金属铋复盐晶体:碱金属硫酸铋复盐Na Bi(SO4)2·H2O(1)、KBi(SO4)2(2)、Rb Bi(SO4)2(3)和Cs Bi(SO4)2(4);含有机配体草酸铋配合物[(1,10’-phen)Bi(C2O4)1.5](5)、(2,2’-H2bipy)0.5[Bi(C2O4)2]·H2O
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本论文主要研究了几种硫酸铋复盐化合物的合成条件、晶体结构及相关性质。采用水热反应法合成了含有不同配体的金属铋复盐晶体:碱金属硫酸铋复盐Na Bi(SO4)2·H2O(1)、KBi(SO4)2(2)、Rb Bi(SO4)2(3)和Cs Bi(SO4)2(4);含有机配体草酸铋配合物[(1,10’-phen)Bi(C2O4)1.5](5)、(2,2’-H2bipy)0.5[Bi(C2O4)2]·H2O(6)和(4,4’-H2bipy)3[Bi2(C2O4)6](7)。通过水热合成法生长晶体后,使用布鲁克X射线单晶衍射仪收集相关晶体衍射数据,并运用Win GX软件以直接法解析出晶体结构并得到化合物的分子式。此外,采用了粉末X射线衍射仪、固体紫外-可见光谱仪、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪和光学测试仪器对合成的晶体样品进行了表征及性质的测试。本论文的主要的研究内容如下:1.碱金属硫酸铋复盐系列:化合物Na Bi(SO4)2·H2O(1)属于三方晶系,空间群为P3221(No.154),其晶体结构是由Bi O9三帽三棱柱通过与SO4四面体共角共边连接形成了三维3∞[Bi(SO4)2(H2O)]-的隧道框架结构。化合物KBi(SO4)2(2)属于单斜晶系,空间群为P21/c(No.14)。在化合物(2)晶体结构中,Bi O8双帽三棱柱通过与SO4四面体中氧原子共角连接形成一维1∞[Bi SO4]+的链结构,并且相邻的平行链相互连接形成了具有双层的二维2∞[Bi(SO4)2]-的层状结构。化合物Rb Bi(SO4)2(3)和化合物Cs Bi(SO4)2(4)的同型化合物,它们分别属于单斜和正交晶系,其空间群分别为C2/c(No.15)和Pnna(No.52)。化合物(3)和(4)的晶体结构都是由Bi O8四方反棱柱与SO4四面体相互连接形成了二维2∞[Bi(SO4)2]-的层状结构。在这四个化合物中,碱金属离子分别位于这些层与层之间或者随隧道中以保持整个化合物的电荷平衡。通过粉末X射线衍射图谱分析,证明合成的化合物样品均为纯相。红外吸收光谱的测试证实了晶体结构中有Bi-O、H-O和S-O的振动。从固体紫外-可见-近红外漫反射光谱中,可估算出这四个化合物的禁带宽度分别约为4.48 e V、4.43 e V、3.98 e V和3.96e V,根据禁带宽度的大小,我们认为化合物(1)-(4)都是绝缘体。由热重分析谱图中可知化合物(1)在120℃时开始分解失去一个水分子,化合物(2)、(3)和(4)的热稳定温度分别约为450℃、575℃和578℃。2.含铋草酸盐配合物系列:配合物[(1,10’-phen)Bi(C2O4)1.5](5)属于单斜晶系,空间群为P21/c(No.14)。在配合物(5)晶体结构中,Bi原子与N原子、O原子配位形成了畸变的双帽三棱柱和C2O42-通过共边形成了无限的一维链结构。另外,这些一维链通过与C2O42-相互连接形成了二维网状层结构。配合物(2,2’-H2bipy)0.5[Bi(C2O4)2]·H2O(6)属于三斜晶系,空间群为P1(No.2),其晶胞结构是二维的层状结构,由Bi O8双帽三棱柱通过与C2O42-连接形成了二维2∞[Bi(C2O4)2]-阴离子层状结构。其中,游离的H2O分子和孤立的二价(2,2’-H2bipy)2+阳离子则分布在层两侧,维持了整个分子的电荷平衡。配合物(4,4’-H2bipy)3[Bi2(C2O4)6](7)属于三斜晶系,空间群为P1(No.2)。它的晶体结构是由Bi O8四方反棱柱与C2O42-离子相互连接形成无限的一维1∞[Bi2(C2O4)3]的链状结构,孤立的(4,4’-H2bipy)2+阳离子则处于这些一维链之间来保持整个分子的电荷平衡。通过粉末X射线衍射图谱分析,证明样品为纯相。红外光谱的测试证实了晶体结构中有Bi-O振动、吡啶环、H-O以及C2O42-酸根的振动。从固体紫外-可见漫反射光谱中,估算出的配合物(5)-(7)的禁带宽度分别约为3.34 e V、3.60 e V和2.67 e V,从而我们可认为配合物(5)和(6)均为绝缘体,而配合物(7)可认为是宽带半导体。
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