金属铋(Ⅲ)碲酸复盐的合成及晶体结构、性质研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzhuqing
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本论文主要研究金属铋碲酸复盐化合物的合成条件、晶体结构以及相关物理性质。采用水热法合成出了十余种新型金属碲酸复盐化合物:第一类是金属铋碲酸硝酸复盐H[Bi3O(Te3O9)](NO32(1)、Bi3(OH)(Te O6)(NO32(2)和Bi(Te O3)(NO3)(3);第二类是金属铋碲酸硫酸复盐Bi2(Te O32(SO4)(4)、Bi2(Te O5)(SO4)(H2O)(5)、Bi(OH)(SO4)(6)和Bi4Te3O15(7);第三类是碱金属铷多碲酸盐Rb2Te4O9?3.5H2O(8)、Rb2Te4O9?3H2O(9)和Rb Te O3(OH)(10),并且都得到了单晶,我们通过X-射线单晶衍射法收集了晶体衍射数据,运用SHELXTL-2014软件包解析出单晶结构。此外,运用了粉末X-射线衍射仪、光学仪器包括红外、拉曼、紫外可见近红外光谱仪、热重分析仪来测试已合成的样品。本论文的研究内容如下:1.金属铋碲酸硝酸复盐系列:H[Bi3O(Te3O9)](NO32(1)的晶系和空间群分别是六方和P 2m(No.189),晶胞参数是a=b=9.8465(4),c=4.1917(4)?,β=90°;Bi3(OH)(Te O6)(NO32(2)的晶系和空间群分别是单斜和P21(No.4),晶胞参数是a=5.0733(5),b=10.2238(10),c=10.0104(10)?,β=100.324(2)°;Bi(Te O3)(NO3)(3)的晶系和空间群分别是单斜和P21/c(No.14),晶胞参数是a=8.1655(16),b=9.0912(17),c=7.4924(15)?,β=114.889(4)°。H[Bi3O(Te3O9)](NO32(1)的晶体结构是由[Bi O7]多面体和[Te O4]基团组成的[Bi3O(Te3O9)]3+一维阳离子链,NO3-和H+离子保持整个结构的电荷平衡。Bi3(OH)(Te O6)(NO32(2)的晶体结构是由铋氧多面体、碲氧八面体以及[NO3]基团组成的二维层状结构。Bi(Te O3)(NO3)(3)的晶体结构是由[Bi O6]三角反棱柱,[Te O3]三角锥和[NO3]-单元组成的二维层状结构。2.金属铋碲酸硫酸复盐系列:Bi2(Te O32(SO4)(4)的晶系和空间群分别是单斜和C2/c(No.15),晶胞参数是a=15.7657(13),b=7.4285(5),c=8.0959(6)?,β=112.693(2)°;Bi2(Te O5)(SO4)(H2O)(5)的晶系和空间群分别是单斜和P21/n(No.14),晶胞参数是a=12.3993(19),b=5.0193(8),c=13.068(2)?,β=103.431(3)°;Bi(OH)(SO4)(6)的晶系和空间群分别是单斜和C2/m(No.12),晶胞参数是a=6.4526(12),b=7.2914(14),c=8.6312(16)?,β=106.716(4)°;Bi4Te3O15(7)的晶系和空间群分别是三斜和P(No.2),晶胞参数是a=6.880(2),b=7.035(2),c=7.415(2)?,β=76.858(7)°。Bi2(Te O32(SO4)(4)的结构是由Bi O7多面体和Te O3三角锥形成的[Bi2(Te O32]2+二维层,然后[SO4]2-基团连接[Bi2(Te O32]2+层形成了三维框架结构。Bi2(Te O5)(SO4)(H2O)(5)的结构是由铋氧多面体,[Te O6]八面体形成的[Bi2Te O5]2+二维层,然后[SO4]2-基团连接[Bi2Te O5]2+二维层形成了三维框架结构。Bi(OH)(SO4)(6)的结构是由[Bi O7]单帽反三棱柱和[SO4]2-形成的二维层状结构。Bi4Te3O15(7)的结构是由铋氧多面体和Te O6八面体形成的三维框架结构。3.碱金属铷多碲酸盐系列:Rb2Te4O9?3.5H2O(8)的晶系和空间群分别是三斜和P1(No.1),晶胞参数是a=10.7358(5),b=10.7572(5),c=14.7494(7)?,β=84.874(2)°;Rb2Te4O9?3H2O(9)的晶系和空间群分别是单斜和P21/n(No.14),晶胞参数是a=13.0941(12),b=6.8161(6),c=15.4546(13)?,β=96.970(2)°;Rb Te O3(OH)(10)的晶系和空间群分别是三斜和P(No.2),晶胞参数是a=5.1529(16),b=6.827(2),c=6.996(2)?,β=109.873(7)°。Rb2Te4O9?3.5H2O(8)的结构是二维层,每个层都是由Te O3三角锥和Te O4四面体组成的,水分子和Rb+位于层与层之间。Rb2Te4O9?3H2O(9)的晶体结构是由Te O4四面体和Te O5四方锥组成的二维[Te4O9]2+层状,在这些层之间都是独立的Rb+和H2O分子。Rb Te O3(OH)(10)的结构是由Te O6八面体通过共边形成的无限一维[Te O3(OH)]+链,Rb+维持结构的电荷平衡。通过粉末X-射线衍射图谱,可以看出所有的样品是纯相。通过红外光谱图,可以看出晶体结构中有Bi-O,Te-O,NO3?,SO42?,OH?和H2O分子振动。从紫外-可见漫反射光谱中,可以估算出化合物(1)、(2)和(3)的禁带宽度分别是3.26 e V,3.22 e V和3.50 e V,根据禁带宽带的大小,我们认为它们都是宽带半导体;可以估算出Bi2(Te O32(SO4)和Bi2(Te O5)(SO4)(H2O)的禁带宽度分别是3.60 e V和3.72 e V,由禁带宽度的大小,我们认为它们都是绝缘体;可以估算出Rb2Te4O9?3.5H2O和Rb2Te4O9?3H2O的禁带宽度分别是4.07 e V和3.94 e V,由禁带宽度的大小,我们认为它们都是绝缘体。
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