高压下两种典型氢键有机晶体的相变研究

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压力是一种基本的热力学参数,通过压力可以对原子间的距离、原子排列方式、晶体结构以及电子轨道结构等性质造成一系列的变化。对于有机晶体而言,通过压力可以改变分子间距、晶体的结构以及分子点群对称,进而诱导晶体结构发生相变。因此在研究物质的相变时,压力往往是一种重要的手段。在一些有机晶体中存在着大量的氢键,相对于共价键而言氢键的键能较小,有机晶体中的氢键往往更容易受到压力的影响,进而发生变化(如氢键的形成、重排、断裂和对称化)导致物质晶体结构的改变。物质晶体结构的突然改变会使物质发生相变,并对其物理化学性质以及性能产生影响。物质发生相变后可能会出现新的物理现象或产生新的物质。因此,在高压下对氢键有机晶体相变的研究可以为人们在物质结构变化等方面提供有用的帮助,使我们更多的了解氢键,并且对有机晶体的结构和性质以及分子间相互作用的协同效应带来更多的帮助和理解。本文选取了抗坏血酸和过氧化脲两种氢键有机晶体,通过金刚石对顶砧技术和拉曼光谱技术以及同步辐射X光衍射等技术,对这两种晶体进行了高压下的变化以及结构相变的研究。抗坏血酸(C6H8O6),也称为维生素C,是一种酸性且强还原性的含有六个碳原子的多元醇,它的结构类似葡萄糖。本文通过对抗坏血酸原位高压拉曼光谱的结果分析,发现大多数拉曼峰会随着压强的增加而向高波数移动,当压强约为3.8GPa时,抗坏血酸发生相变,并且发现一些拉曼峰(如在583,693和1746 cm-1)在相变时有较为明显的位置和强度变化。一方面,我们认为抗坏血酸环的内链和侧链结构在高压下发生了变化,从而导致其晶体对称性结构的降低。另一方面,由于抗坏血酸晶体中存在氢键,我们也认为这也可能与氢键结构的断裂和重排有关。最后,通过对抗坏血酸降压拉曼光谱的分析,我们发现在释放压力至常压后再次回到了原始相,所以认为这种压力引起的相变时可逆的。过氧化脲(CO(NH22·H2O2)是双氧水和尿素的一种有机晶体加合物,在日常生活和生产中,有着非常广泛的用途,并且作为新型精细化工产品具有广阔的应用前景。本文通过原位高压拉曼光谱和同步辐射X光衍射技术对过氧化脲进行了研究。通过对过氧化脲高压拉曼光谱的分析,我们认为过氧化脲在压强为2.5GPa左右发生相变,并且通过对降压后样品的测量,发现该相变为不可逆相变。最后,为了确认压力引起的相变和进一步了解高压条件下其晶体的结构变化,我们对过氧化脲进行了ADXRD实验,并且根据实验结果使用软件Materials Studio对相变后的过氧化脲进行了精修和模拟,并得到其可能的晶格常数。
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