高温高压下高氯酸钠的拉曼光谱研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:JK0803_wantao
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无水高氯酸钠(NaClO4)是一种具有硬石膏结构的ABO4型化合物,其结构与硬石膏、独居石、锆石、重晶石等矿物结构紧密联系,被认为是锆石结构的畸变型,高温高压下硬石膏型结构相具有产生丰富相变的潜能。高温高压相变研究中发现,硬石膏型结构相具有转变为独居石相﹑重晶石相﹑锆石相以及AgMnO4相的可能性,在判定相变序列中存在AgMnO4型结构相的依据是早期NaClO4相图,而在近期ABO4型化合物相变序列研究发现判定AgMnO4相的存在具有争议,如在对CaSO4的第一性原理计算中发现AgMnO4相能量一直处于高位并不能稳定存在于相变序列。而这类现象引发出对NaClO4相图这一根本性判据的疑问。故NaClO4高温高压的相变序列研究具有一定必要性。利用Mao-Bell型和外加温heating-I型金刚石对顶砧(Diamond anvil cell,DAC)高压装置,结合电阻外加温及激光加温技术,在常温高压﹑高温高压下探测无水高氯酸钠原位拉曼光谱。另外利用第一性原理在不同压力下计算无水高氯酸钠可能结构的拉曼光谱,实验测试光谱对照理论计算光谱,来判定不同压力下可能存在的结构相。以此反映无水高氯酸钠高温高压的结构相变,完善及修正高氯酸钠的高温高压相图信息。本论文研究的主要内容是无水高氯酸钠在不同温压条件的拉曼光谱测试以及利用第一性原理计算无水高氯酸钠可能结构相的拉曼光谱结果,对应拉曼光谱计算结果,判断实验过程中相的结构。基于常温高压NaClO4拉曼光谱研究结果,确定结构相稳定压力范围,从而在不同初始结构相对应的压力下对NaClO4开展高温高压拉曼光谱研究。以上高氯酸钠拉曼光谱理论计算和实验探测研究中,主要获得以下结论:(1)第一性原理计算NaClO4的硬石膏相﹑独居石相﹑重晶石相拉曼光谱与实验探测常温常压﹑常温高压﹑高温高压下NaClO4的拉曼光谱吻合。拉曼实验中未探测到与AgMnO4相一致的拉曼光谱。(2)NaClO4常温常压下为硬石膏结构,在常温高压下转变为独居石结构,相开始转变的压力约为3.7 GPa,直至5.7 GPa相变完全,升压至47 GPa不再发生进一步相变。卸压过程由NaClO4独居石相转变回硬石膏相。常温高压下NaClO4发生重构型可逆相变,相变序列为NaClO4硬石膏相?独居石相,该结果与NaClO4硬石膏相→AgMnO4相→重晶石相不同。(3)在保持NaClO4硬石膏相的压力范围内升温至500℃,NaClO4硬石膏相高温高压下存在不同的相变序列。高温高压下存在硬石膏相→立方相(0.1MPa1.7 GPa初始压力),硬石膏相→硬石膏相+独居石相→硬石膏相+独居石相+重晶石相→重晶石相(2.6 GPa3.0 GPa初始压力)的相变序列。(4)在保持NaClO4硬石膏相+独居石相的压力范围内升温至500℃,高温高压下的相变序列为硬石膏相+独居石相→硬石膏相+独居石相+重晶石相→重晶石相(3.7 GPa5.6 GPa压力区间)。(5)在保持NaClO4独居石相的压力范围内升温至450℃,高温高压下的相变序列为独居石相→独居石相+重晶石相→重晶石相(5.6 GPa10.9 GPa压力区间)。NaClO4独居石相在43 GPa进行激光加温,温度最高可达2000 K,高温高压下形成NaClO4重晶石相。NaClO4独居石相相变为重晶石相的转换温度随初始压力的增加而增大。(6)NaClO4重晶石相在常温4.6 GPa加压至41.8 GPa保持相的稳定,卸压至2.2 GPa开始产生相变,随压力的减小,最终相变为硬石膏相。(7)根据前述实验数据对NaClO4在不同P﹑T条件下的物相鉴定,结合第一性原理计算各种可能相的稳定压力范围,以及Pistorius等给出的相图。本论文总结出在0.1 MPa20 GPa﹑30℃500℃温压范围NaClO4大致的热力学相图,为硬石膏结构下的ABO4型三元化合物在高温高压下的相变序列研究提供了参考。
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