含堿金屬的新型硼酸鹽的合成、晶體結構和電子結構的研究.pdf

1、本論文以探索新型硼酸鹽晶體材料為目的,采用高溫溶液法生長出四種硼酸鹽晶體:α-LiZnBO3、Li0.48Na0.52ZnBO3、K2NaZnB5O10、Na2KSrB5O10。利用RigakuAFC7RX-射線四圓衍射儀對所得到的單晶進行X-射線衍射數據收集,運用SHELX-97軟件以直接法解析晶體結構,通過紅外吸收光譜、紫外-可見漫反射吸收光譜、固態(tài)熒光光譜等測試方法及理論計算對它們的結構進行表征。
　　 α-LiZnBO3

2、以C2/c空間群結晶,晶胞參數為α=8.746(2)(A),b=5.091(1)(A),c=6.129(1)(A),β=118.75(3)°,Z=4。Α-LiZnBO3具有三維網狀結構特征,其結構是由ZnO4四面體和BO3平面三角形通過共用頂點氧原子組成的。在這種結構中,兩個反對稱的ZnO4四面體通過共邊形成一個Zn2O6雙聚體,每個Zn2O6雙聚體與相鄰的六個雙聚體通過共用頂點氧原子形成三維的Zn-O網狀結構。B原子位于此結構中三個氧

3、原子的中心加強了結構的穩(wěn)定性。晶體結構中存在開放性的孔道,Li+離子位于其中。能帶結構理論計算表明α-LiZnBO3是直接能隙半導體。
　　 Li0.48Na0.52ZnBO3空間群為P-1,晶胞參數為α=5.054(1)(A),b=6.113(1)(A),c=8.045(2)(A),α=75.73(2)°β=89.87(3)°,γ=89.86(3)°,Z=4。Li0.48Na0.52ZnBO3代表了一種新的結構類型,其結構具有

4、三維網狀特征:兩個反對稱的[ZnO5]8-三角雙錐體通過共邊形成[Zn2O8]12-雙聚體,[Zn2O8]12-雙聚體與[ZnO4]6-四面體通過共用頂點O原子連接起來,形成沿[010]方向的一維無限的(1∞)[ZnO3]4-鏈。這些鏈彼此平行,通過BO3平面三角形基團中的B原子連接形成三維的(3∞)[ZnBO3]1-網狀結構。該結構中存在開放性的孔道,堿金屬離子位于其中。能帶結構理論計算表明Li0.48Na0.52ZnBO3是直接能隙

5、半導體。
　　 K2NaZnB5O10以單斜晶系C2/c空間群結晶,晶胞參數為α=7.9244(16)(A),b=12.805(3)(A),c=18.962(4)(A),β=99.39(3)°,Z=8。其基本結構單元是由1個BO4四面體和4個BO3三角形通過共用四面體組成[B5O10]5-雙環(huán)結構。每一個[B5O10]5-基團與四個不同的ZnO4四面體連接,同樣每一個ZnO4四面體也與相鄰的四個[B5O10]5-基團通過共用終端

6、氧原子連接在一起,在(010)平面上形成無限伸展的二維(2∞)[ZnB5O10]3-層。該層沿b軸方向堆積,K+填充在層與層之間的空隙位置,而Na+占據層間的開放性的孔道以平衡電荷。能帶結構理論計算表明K2NaZnB5O10是間接能隙半導體。
　　 Na2KSrB5O10以三斜晶系P-1空間群結晶,晶胞參數為α=7.3900(15)(A),b=7.6490(15)(A),c=9.773(2)(A),α=79.31(2)°,β=7

7、0.85(2)°,γ=62.09(1)°,Z=2。Na2KSrB5O10晶體的基本結構單元是由1個BO4四面體和4個BO3三角形通過共用四面體組成的[B5O10]5-雙環(huán)結構。[B5O10]5-基團繞對稱中心形成平行于c軸的的[B10O20]10-柱。這些柱通過K+,Na+和Sr2+的靜電作用結合在一起。能帶結構理論計算表明Na2KSrB5O10是間接能隙半導體。
　　 Li0.48Na0.52ZnBO3、K2NaZnB5O10