新型硼酸盐的合成、结构及性质表征

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无机–有机杂化材料和非线性光学材料是近年来应用较广的功能材料,由于它们具有新颖的结构和独特的物理化学性质,因此备受人们关注。硼酸盐是最大的一类氧化物矿物,不仅结构丰富,而且在矿物学、非线性光学、激光材料等方面具有重要的应用,从而促使人们在研究与探索硼酸盐晶体材料方面做了大量工作。为了开发利用具有潜在应用价值的硼酸盐材料,本文利用水(溶剂)热的合成方法,得到了14种新颖结构的硼酸盐,包括无机–有机杂化硼酸盐、碱(土)金属硼酸盐、过渡金属硼酸盐等,通过红外光谱、紫外光谱和X–射线衍射对晶体结构进行了解析,并对其中一些化合物的热稳定性、荧光性和二阶非线性光学性能进行了初步研究。本文重点集中在合成具有微孔骨架和具有非心结构的硼酸盐上,我们得到了如下几类化合物:1.以有机胺和金属配合物为模板的硼酸盐[Co(dap)3][B5O6(OH)4]2·H2O (3–1,0D)[Ni(dap)3][B5O6(OH)4]2·H2O (3–2,0D)[Al2B11O20(OH)3](H2aep)2·4H2O (3–3,2D)[Al(B5O10)]·H2dap (3–4,3D)[Al(B5O10)]·H2teta (3–5,3D)[Zn(dap)2][AlB5O10](3–6,3D)其中,化合物3–1和3–2是同构的以过渡金属配合物为模板的孤立硼酸盐,结构中存在孤立的[B5O6(OH)4]–阴离子簇,阴离子簇之间通过氢键构筑成含有较大的20–MR孔道的超分子结构。3–3~3–5都是以有机胺为模板的硼酸铝,其中,3–3是以氨乙基哌嗪为抗衡离子,具有二维双层结构的硼酸铝,结构中存在11–MR孔道。3–4是以1,3–丙二胺为模板,具有三维结构的非心硼酸铝,结构中不仅存在螺旋孔道,还存在开放的9–和10–MR孔道。在3–5的结构中存在较大的14–MR孔道,其拓扑结构为sra型网络结构。3–6是以金属配合物为模板的硼酸铝,拥有8–和11–MR的孔道结构,并且阴离子簇与金属配合物模板之间彼此穿插。化合物3–4~3–6具有二阶非线性光学效应,这些化合物的二次谐波效应约为KDP(磷酸二氢钾)的1.2,1.5和0.3倍。同时,紫外漫反射光谱表明这些化合物都是宽带半导体材料。2.碱(土)金属硼酸盐Li3[B5O8(OH)2](4–1,2D)Ba[AlB4O8(OH)]·H2O (4–2,2D)Sr2[B6O9(OH)4](4–3,2D)Sr2[B5O9(OH)]·H2O (4–4,3D)化合物4–1为具有二维层状结构的碱金属硼酸盐,其结构中具有10–MR孔道;4–2为碱土金属硼铝酸盐,它具有二维双层结构,层与层之间通过氢键以–ABAB–堆垛的形式连接成3D网状结构;化合物4–3和4–4是含有相同碱土金属的硼酸盐,分别具有手性的二维层状结构和三维网络结构,它们都具有明显的二阶非线性光学效应,分别是KDP的1.5和2倍。3.其它金属硼酸盐K6[V12B18O54(OH)6(H2O)](CH3NH3)4·2en·12H2O (5–1,0D)Pb[B5O8(OH)]·H2O (5–2,2D)Pb[B8O11(OH)4](5–3,2D)Zn6O(OH)(BO)3(5–4,3D)化合物5–1是一例无机–有机杂化的硼钒酸盐,笼型的[V12B18O54(OH)6(H2O)]10–阴离子簇之间通过氢键彼此连接,并与K+离子通过配位键连接在一起,最终成为三维网络结构。5–2和5–3为具有二维结构的硼酸铅,在结构中分别含有双环和三环的B–O阴离子簇,阴离子簇通过未质子化的O原子连接成9–MR孔道,层与层之间通过Pb–O键及氢键作用形成三维网络结构。5–4为具有三维网络结构的硼酸锌,Zn–O结合形成了较少见的[Zn6O17]簇,该簇通过顶点O原子连接形成在不同方向的二维层状结构,层与层之间通过μ–O连接BO3平面三角形,最终形成了三维网络结构,此化合物具有良好的发光性质。
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