MgSrB2O5,Li3B5O8(OH)2和NaH2PO4·(H2O)2/3的合成及性能研究

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本论文的研究方向是合成硼酸盐及磷酸盐晶体,并研究晶体材料的物理和化学性质。涉及的研究内容主要包括:晶体合成及晶体生长条件优化、晶体结构确定、X射线衍射、红外吸收、紫外-可见-近红外漫反射等光谱学性质、差热分析及电子结构等。  本论文在研究MgO-SrO-B2O3体系时获得了同成分熔融的新化合物二硼酸镁锶(MgSrB2O5);从LiOH-H3BO3-H2O体系中获得了已知化合物Li3B5O8(OH)2,并优化了晶体生长条件,在温和条件下得到了大尺寸的Li3B5O8(OH)2晶体;在研究NaF-NaOH-H3PO4体系时得到了新型水合磷酸二氢钠NaH2PO4·(H2O)2/3。  本文的主要内容如下:  1.对本领域的研究背景及现状进行了综述,介绍了本论文在实验和研究过程中所用的分析手段、晶体生长方法以及研究思路。详述了所采取的具体晶体合成方法、研究所用的方法或手段、相关理论基础,以及这些研究方法或手段在实验和研究过程中所起的作用和意义,如:单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外、紫外-可见-近红外漫反射、差热分析和理论计算等。  2.合成并研究了同成分熔融的新化合物二硼酸镁锶(MgSrB2O5),该化合物属于单斜晶系,空间群为P21/c,a=6.478(4)(A),b=5.327(4)(A),c=12.048(8)(A),β=102.805(8)°。采用高温熔液自发结晶法得到了MgSrB2O5的单晶,并用X射线单晶衍射法确定了其晶体结构。在该化合物的晶体结构中,包含孤立的B2O5、Mg2O10基团。测试了该晶体的红外吸收光谱,并通过红外光谱印证了BO3基团的存在,比较了MgSrB2O5与其它二硼酸盐如Mg2B2O5、Sr2B2O5和SrCdB2O5等在结构上的差别;通过高温固相反应合成了该化合物的纯相,并通过XRD和热重差热分析加以研究和确认;差热分析表明该化合物为同成分熔融化合物,同成分熔融化合物在培养晶体时具有一定优势:可将化学计量比的原料共同熔融,并通过缓慢降温进行自发结晶,从而获得化合物的晶体。因此,同成分熔融化合物的晶体合成较为简单。粉末UV-Vis-NIR漫反射光谱表明,MgSrB2O5晶体的紫外截止边小于190 nm;理论计算结果显示其是一种间接带隙化合物,在可见光区的双折射率约为0.08。  3.通过水热法合成出了Li3B5O8(OH)2晶体,该晶体属四方晶系,空间群为P41212,a=6.8346(A),c=14.5417(A)。该晶体由苏联科学家O.S.Bondareva等人于1978年首次合成。本文的合成方法与他们的相比,具有操作简单、无需矿化剂、温度温和和生长速度快等特点。通过红外光谱印证了BO3和BO4基团的存在,对比了该晶体与其他硼酸锂盐如Li(B2O3(OH))·H2O、Li(B(OH)4)和Li(H2O)4[B(OH)4]·2H2O在结构上的差别,并测定了XRD和粉末UV-Vis-NIR漫反射光谱,通过热重-差热手段分析了化合物的热稳定性。  4.在采用水热合成法研究NaF-NaOH-H3PO4体系时合成了一种新型磷酸二氢钠晶体NaH2PO4·(H2O)2/3,该化合物属于正交晶系,空间群为Pbcn,a=6.8938(9)(A),b=8.0356(11)(A),c=22.909(3)(A)。通过X射线单晶衍射确认了该晶体的结构,并将其结构与其它已知磷酸二氢钠(NaH2PO4、NaH2PO4·H2O和NaH2PO4·2H2O)的结构进行了对比。
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