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自1983年黄磷铁矿中发现分子大孔洞以来,铁磷酸盐作为催化剂、分子筛以及离子交换剂的候选材料,吸引着越来越多的材料学家和化学家对它们的合成和应用进行研究。
本文使用水热法合成了四种新型铁磷酸盐化合物和一种未知结构化合物,通过X-射线单晶衍射法测定了其中三种化合物的晶体结构,并运用EDX测定了化合物的化学组成,SEM和光学显微镜观察晶体的形貌,IR测定化合物中所含的官能团,squid磁性测试仪表征了化合物的低温磁学性能。
1新化合物K2Fe[H(HPO4)2]F2
该化合物为单斜晶系,空间群为P21/a,晶体学参数为:a=10.758(2)(A),b=8.2530(17)(A),c=4.7586(10)(A),β=92.85(2)°,V=421.98(15)(A)3,Z=2。通过1011个独立衍射点对73个独立参数进行修正,最后获得R=0.0285,wR=0.0844。该化合物晶体结构中磷氧呈四面体配位[PO4],铁氧(氟)呈八面体配位[FeO4F2],八面体[FeO4F2]通过共用四个氧原子与周围四个[PO4]四面体相连,形成平行c轴方向的{[Fe[H(HPO4)2]F2]2-}n链,链间通过无序分布的氢原子连接成平行(100)层,层间通过大阳离子K和氢键形成三维结构。
2未知结构化合物K(H2O)3H2Fe2Fe(OH)3(GPO4)3(H2PO4)3
该化合物为三方晶系,空间群为P31c,晶体学参数为:a=b=9.044(2)(A),c=16.706(2)(A),V=1183.5(5)(A)3,Z=4。通过1838个独立衍射点对121个独立参数进行修正,最后获得R=0.0402,wR=0.1000。该化合物结构中磷氧呈四面体配位[PO4],铁氧呈八面体配位[FeO6],[PO4]四面体与[FeO6]八面体之间通过共用角顶O相连,形成三维架状结构,并沿[100]、[010]、[110]三个方向各形成一个八元环椭圆隧道结构,K+占据着隧道空隙。
3新化合物(NH4)2HFe[(HPO4)2]F2
该化合物为单斜晶系,空间群为P21/n,晶体学参数为:a=6.2614(13)(A),b=9.844(2)(A),c=14.271(3)(A),β=92.109(4)°,V=879.1(3)(A)3,Z=4。通过2063个独立衍射点对146个独立参数进行修正,最后获得R=0.0552,wR=0.1347。
化合物结构中,磷氧呈四面体配位[PO4],铁氧(氟)呈两种不同的八面体配位[FeO4F2]和[FeO5F]。两个[FeO5F]八面体与一个[FeO4F2]八面体共用角顶F形成了沿[011]、[011]两种不同方向的短链结构。两种不同方向的短链通过与[PO4]四面体共用角顶O相连形成锯齿状结构,并进一步连接形成三维架状结构,并且沿a轴方向上形成一个由四个四面体和六个八面体单元组成的十元环(TOOTOTOOTO)椭圆隧道结构,NH4+离子占据着隧道空隙。
4另外两种新化合物
两种化合物均为单斜晶系,晶胞参数以及空间群分别为:(1)化合物1:空间群为P21,a=7.140(A),b=14.477(A),c=7.542(A),β=106.75°,V=746.5(A)3。(2)化合物2:空间群为P2,a=7.469(A),b=11.480(A),c=7.944(A),β=102.5°,V=669.06(A)3。