锌磷酸盐与锌硼酸盐化合物的合成、结构和性能研究

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1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：锌磷酸盐与锌硼酸盐化合物的合成、结构和性能研究论文题目(英文)：Syntheses,StructuresandPropertiesofZincPhosphatesandZincBorates研究生姓名：潘晓博学科、专业：化学学位类别：理学硕士研究方向：物理化学导师姓名职称：潘世烈研究员贾殿赠教授论文答辩日期2018年5月26日学位授予日期年月日I新疆大学硕士研究生学位论文摘要鉴于磷酸盐和硼酸盐结构的丰富多样性和ZnO4四面体在结构构建中表现出的特殊作用

2、，本论文采用高温熔液法在锌磷酸盐和锌硼酸盐体系探索合成结构新颖的化合物。在MO(M=Pb，Ba)-ZnO-P2O5体系探索合成了层状化合物Pb4Zn8(PO4)8和α-BaZn2(PO4)2；此外在元素替代的实验探索中合成出了Pb2Mg(PO4)2。在PbO-ZnO-B2O3体系合成了同质多晶化合物α-，β-和γ-Pb5Zn4B6O18；在PbO-BaO-ZnO-B2O3体系探索合成了化合物Pb3Ba3Zn6(BO3)8和α-BaZn2(BO3)2，确定了这八种化合物的晶体结构并对其性能进行了表

3、征。1.层状结构磷酸盐通过高温熔液法在MO(M=Pb，Ba)-ZnO-P2O5体系探索合成了两个中心对称的化合物Pb4Zn8(PO4)8和α-BaZn2(PO4)2。Pb4Zn8(PO4)8结晶于单斜晶系C2/c，晶胞参数为a=5.3030(18)Å，b=15.601(5)Å，c=8.489(3)Å，β=90.012(4)°，Z=4；α-BaZn2(PO4)2结晶于三方晶系，晶胞参数为a=b=5.301(5)Å，c=8.049(16)Å。它们均具有二维的层状结构，Pb4Zn8(PO4)8结构中含

4、有[Zn4P4O16]∞层，α-BaZn2(PO4)2结构中含有[Zn3P3O12]∞蜂巢状的双层结构。同时在元素替代的实验探索中合成出了Pb2Mg(PO4)2化合物，结晶于单斜晶系P21/c，其结构为由MgO6与PO4组成的含孔道的三维网络结构，Pb原子填充在孔道中。值得注意的是在Pb4Zn8(PO4)8晶体结构中有四种不同配位环境的Zn-P-O层状结构，这在锌磷酸盐体系中是首次报道。紫外-可见-近红外透过光谱测试表明，它们的实验带隙分别为：Pb2Mg(PO4)2，3.65eV；Pb4Zn8(

5、PO4)8，4.60eV；α-BaZn2(PO4)2，5.12eV。其次对这三种化合物进行了熔融前后实验和热学性能测试以及理论计算，结果显示Pb2Mg(PO4)2与Pb4Zn8(PO4)8可能存在可逆相变，理论带隙与实验值相吻合。2.同质多晶化合物α-，β-和γ-Pb5Zn4B6O18通过高温熔液法在PbO-ZnO-B2O3体系探索合成了同质多晶化合物α-，β-和γ-Pb5Zn4B6O18。对其晶体数据进行了收集并解析了其晶体结构。α-Pb5Zn4B6O18结晶于单斜晶系P21/c，晶胞参数为a

6、=16.3801(10)Å，b=9.7294(6)Å，c=-22.9832(14)Å，β=94.008(4)°，Z=8；β-Pb5Zn4B6O18结晶于三斜晶系P1，晶胞I新疆大学硕士研究生学位论文参数为a=4.920(3)Å，b=8.078(5)Å，c=11.443(7)Å，α=94.183(8)°，β=90.052(8)°，γ=90.320(7)°，Z=1；γ-Pb5Zn4B6O18结晶于单斜晶系P21/c，晶胞参数为a=4.7995(11)Å，b=15.379(3)Å，c=11.922(3

7、)Å，β=92.445(3)°，Z=2。这三个化合物有一个有趣的现象：虽然α-Pb5Zn4B6O18和γ-Pb5Zn4B6O18结晶于相同的空间群，但它们的晶体结构有很大的不同，α-Pb5Zn4B6O18中的锌硼氧为层状结构，而在γ-Pb5Zn4B6O18中却为三维网络结构；α-Pb5Zn4B6O18和β-Pb5Zn4B6O18虽然结晶于不同的空间群，但它们的晶体结构却非常相似。在本文中对Pb5Zn4B6O18三个相的晶体结构进行了对比分析，并讨论了Pb原子的配位环境在同质多晶化合物形成过程中的

8、作用。3.Pb3Ba3Zn6(BO3)8和α-BaZn2(BO3)2化合物在PbO-BaO-ZnO-B2O3体系进行探索，采用高温熔液法得到了Pb3Ba3Zn6(BO3)8化合物。其结晶于单斜晶系C2/c，晶胞参数为a=26.55(3)Å，b=4.973(5)Å，c=18.588(5)Å，β=106.587°，Z=4；采用高温固相法合成了Pb3Ba3Zn6(BO3)8纯样，并对其进行了熔融前后实验，热学性能测试，紫外-可见-近红外透过光谱测试等相关性能测试。此外又合成了一个新的锌硼酸盐α-BaZ