硫属银分子团簇基的合成、结构分析与光学性能研究

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硫银簇合物由于具有多样化的几何拓扑结构和独特的配位模式,其在非线性光学及发光领域备受科学家们的青睐。然而,银硫簇合物的形成,一般涉及到多组分的组装过程,因此其合成富有一定的难度。而改变配体的种类(包括使用混合配体)以及使用阴离子模板法被证明是合成银硫簇合物的有效途径之一。本论文尝试使用这两种方法来制备得到多个银硫簇合物,使用X-射线衍射、红外、质谱及元素分析等对结构表征测试后,进一步采用固体紫外可见吸收光谱及荧光光谱仪测定了簇合物的光学性质。本论文研究主要分为三部分:第一部分,使用氮杂巯基配体4,6-二甲基-2-巯基嘧啶与可溶性银盐自组装得到一个六核含银簇合物:[Ag6(dmmp)6]·CH3OH(1,dmmpH为4,6-二甲基-2-巯基嘧啶的缩写)。结构分析表明,该簇合物的骨架结构为六个银离子与巯基嘧啶配体相互配位形成的畸形八面体构型。由于杂环中的大π键,配体与金属进行配位后分子内、外都存在共轭现象,该簇其在室温下具有很强的荧光。第二部分,我们使用巯基吡啶与银盐反应成功合成出两例银硫属超四面体簇合物:[(H2O)2Ag10(PyS)8(HPyS)4(Hmba)4·2H2O](2,PySH为2-巯基吡啶的缩写,H2mba为2-巯基苯甲酸的缩写)和[Ag10(PyS)6(HPyS)11·sba·2PF6·10H2O](3,H2sba为2-磺基苯甲酸的缩写)。晶体结构分析表明,2和3为由缺角超四面体结构单元所构成的零维V3,4型簇合物和一维链状结构的V3,2型簇合物。此处,为了区别于常规的CdS/ZnS-Tn簇,我们重新定义了一类缺角超四面体单元为Vn,m,其中n是金属层的数量,而m则表示缺角数。固体紫外-可见漫反射光谱谱图分析表明,2和3的半导体带隙宽分别为2.32 eV和2.26 eV,带隙宽明显低于传统的CdS/ZnS-T3型超四面体簇合物。由此表明,这类银硫超四面体团簇能显著降低半导体的带隙,使这种超四面体团簇更适用于可见光区域的应用。此外,这类银硫超四面体团簇还表现出变温荧光的特性。缺角银硫超四面体簇合物的获得不仅丰富了金属硫族四面体团簇的研究,发现了缺角银硫超四面体簇,弥补了IB族硫属金属超四面体的空缺,而且还为第11族金属硫族超四面体团簇的合成提供了参考价值。第三部分,往前驱体环戊硫银聚合物中引入硫酸根(SO42-)作为阴离子模板剂成功合成了具有多层壳结构的78核银硫纳米团簇[SO4@Ag78S15(CpS)27(CF3CO212](CF3CO27(4,CpSH为环戊硫醇的缩写)。在相同的制备过程中,用一个体积较大的钼酸盐(Mo8O26)4-代替SO42-,仅得到一种笼状结构46核银簇合物{(Mo7O24)6-@[Ag46(CpS)28(CF3COO)10]}2+(5)。4的结构解析表明,该七十八核银硫纳米簇合物为类球状双层结构,在不包含外层配体的情况下,类球体的外径约为1.6 nm。最引人注目的是,该簇合物内部包含着18个银原子有序排列形成的一个罕见的拉长的同相双三角台塔凸面体。硫酸根阴离子则位于凸面体的中心,并与第一层银壳Ag18紧密结合,最外层由60个银原子所构筑而成。实验中,如果把小尺寸的硫酸根离子换成大体积的同多酸阴离子(Mo7O24)6-,反而只能得到一种内嵌(Mo7O24)6-的四十六核银簇合物5。这充分说明硫酸根离子在诱导形成多壳高核银簇上的重要性。4的固态能级带隙为1.5eV,可作为一个潜在的窄带隙半导体,其能级带隙与合成前驱体的能级带隙相比显著降低了约1.0 eV,这或许与银簇的多壳结构及SO42-的内嵌有关,使得这种银簇合物更适合于在可见光和近红外区域的应用。
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