新型硫属化合物的探索合成及结构调控研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sima1969
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硫属化合物具有十分丰富的物理性质,在热电、光催化、离子交换、光电导体、非线性光学等领域具有重要的应用前景,是潜在的新一代多功能材料。大量研究表明,硫属化合物表现出的优异性能和其特定的微观结构有密切的联系。因此,通过各种新方法、新途径合成具有特定功能的新颖硫属化合物并研究其结构调控规律,对于进一步扩展硫属功能材料的研发具有十分重要的现实意义。  本论文在总结以往硫属化合物研究的基础上,通过采用不同的合成策略与合成方法,探索和合成了一系列具有新型结构的零维含硫金属簇合物和多维含硫金属框架化合物,丰富了硫属化合物的结构化学,进一步揭示了其合成规律及结构调控因素,为导向性的设计和合成具有特殊结构及性能的硫属功能化合物打下了坚实的基础。论文主要包括以下三个方面的内容:  1、以有机胺阳离子作为模板剂,无机硫源硫粉及硒粉为原料,运用水热以及溶剂热法合成了5个新颖的硫属化合物:  [Mn(dien)2]n[ZnSb2Se5]n(1)[Mn(dien)2]4[ZnSb6Se14](2)[Mn(dien)2]n[CdSb2Se5]n(3)[Co(dien)2]n[CdSb2Se5]n(4){[FeⅡ(en)(dien)][FeⅢ2S4]}(5)其中,化合物1,3,4异质同晶,为一维链状结构。[M(dien)2]2+(M=Mn,Co)作为模板剂和阳离子,分布在一维链状骨架周围。在一维骨架中,Cd/Zn与Se原子四配位形成四面体单元和SbSe3三角锥单元一道构建起骨架。化合物2为零维结构,[Mn(dien)2]2+作为阳离子和模板剂游离在零维骨架周围,同化合物1一样,ZnSe4四面体单元和SbSe3三角锥单元一道构建了整个骨架。这是第一次合成了具有Sb-Cd(Zn)-Se混合骨架结构的有机-无机杂化锑硫属化合物。化合物5是一维无限链状结构,[FeⅡ(en)(dien)]2+做为阳离子均匀分布在一维链的两侧不通过S原子与链相连,起着平衡电荷与稳定结构的作用;FeⅢS4四面体通过共用两个S原子的共边方式互相连接,形成一维链。这是第一例以有机胺为模板剂,使用溶剂热法合成的具有一维无限链状结构的有机-无机杂化铁硫化合物。  2、将水热(溶剂热)法应用于传统的金属-有机硫配合物体系,以乙二硫醇、苄硫醇以及2-甲基硫酚等含硫有机物为硫源,合成了一系列结构新颖的过渡金属-有机硫醇类簇合物及开放结构化合物:  [Cd(SCH2Ph)2]n(6)[Zn(SPhCH2)2·H2O]n(7)[Zn5(SCH2Ph)10](8)[Zn10S4(SCH2Ph)12·(H2O)4](9)[Zn10S4(SCH2Ph)12·bpp2](10){(Et3NH)[Cd8S(SPhCH2)15·H2O]}(11)[Cd32S14(SCH2Ph)36·(H2O)4](12){(Et3NH)2[Cd13Ni8S8(edt)14]·2H2O}(13){(Et4N)2[Cd13Ni8S8(edt)14]}(14){(H2bpp)[Cd13Ni8S8(edt)14]}(15){(Et3NH)2[Zn13Ni8S8(edt)14]}(16){(H2bpp)[Zn13Ni8S8(edt)14]}(17){(Et4N)3(NH4)[Ni16(edt)8S9(S2)]}(18){(H2bpp)2[Ni16(edt)8S9(S2)]}(19){(Et3NH)4[Ni16(edt)8S9(S2)]}(20){(Et3NCH3)2[Ni13(edt)8S4(S2)2]}(21){(H2bpp)[Ni13(edt)8S4(S2)2]}(22)化合物6,7为开放骨架化合物,化合物8-12为类超四面体类化合物,我们对这些化合物的荧光性能进行了初步表征;化合物13-17具有相同的零维阴离子骨架,CdS4/ZnS4四面体单元与NiS4平面四边形单元作为两个基本构筑单元共同构建了该阴离子骨架,这是第一次合成出结构中同时具有CdS4/ZnS4四面体单元与NiS4平面四边形单元的Cd/Zn-Ni-有机硫配体异金属硫簇;化合物18-22为Ni-有机硫醇簇合物,其中化合物18-20具有相同的冠状零维阴离子骨架,该结构中含有类似有机冠醚类化合物16冠4的Ni-S环Ni12S24,该Ni-S环也是目前为止该类化合物中尺寸最大的环;化合物21、22具有相同的零维笼状阴离子骨架,结构中含有两个结构上有些扭曲的小空腔,在Ni-有机硫醇簇合物中,极少有该种类型的化合物的报道。  3、通过高温固相合成法,合成了一系列三元及四元的As-S无机化合物:  Ba23Ga8As2S38(23)Ba3As4S12(24)BaCsAsS4(25)BaCsAsSe4(26)BaCsAsSe3(27)这些化合物均为零维结构,化合物23、24、27中As与S形成孤立的AsS3三角锥构型,化合物25、26中As与S(Se)形成孤立的AsS4/AsSe4四面体构型。其中化合物23为非心结构,与已报道具有非线性化合物的Ba23Ga8Sb2S38属于同构化合物。非线性测试显示其在2.05μm激光下,30-46μm尺寸粉末SHG强度大约为商用材料AgGaS2的12倍。  
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