两种碱土金属硼酸盐SrB3O4(OH)3·H2O和Sr2B5O9(OH)·H2O的合成、结构表征及电子结构计算

来源 :新疆师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hgra_1982
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深紫外光学晶体在光通信和激光系统等领域有重要的应用。例如,应用于光隔离器、光学起偏器、193 nm光刻偏振仪、紫外光分光光度计、深紫外拉曼光谱和荧光光谱仪的深紫外双折射晶体,以及被应用于半导体加工行业、超高分辨率光电子能谱和激光光刻领域的深紫外非线性光学晶体等。因此,深紫外光学晶体成为材料研究领域的一个热点。由于硼酸盐晶体在激光、荧光粉、电极材料、双折射光学和非线性光学材料等方面的广泛应用而受到广泛的关注。本文提出了碱土金属硼酸盐的合成策略,采用水热法成功合成了两种碱土金属硼酸盐,并且对这两种晶体进行了性质表征及理论分析,主要内容如下:1.采用水热法合成了SrB3O4(OH)3·H2O化合物。在H3BO3-SrO-H2O体系中合成出了一种新的碱土金属硼酸盐SrB3O4(OH)3·H2O。单晶X射线衍射分析表明,它结晶于P21/c中心对称空间群,a=6.249(4)?,b=11.459(6)?,c=8.749(5)?,β=108.493(6)°,Z=4。SrB3O4(OH)3·H2O含有无限的[B3O4(OH)3]2-链,B3O8单元通过共享O5原子相互连接,在c轴方向形成无限的一维硼酸盐手性[B3O4(OH)3]2-链。这些链之间充满了锶离子。链间存在氢键,形成了紧凑的三维结构。紫外-可见-近红外光谱表明,SrB3O4(OH)3·H2O具有1832600 nm的透光率,紫外截止边缘为183 nm,表明其在深紫外区具有潜在应用。用密度泛函理论(DFT)方法对第一性电子结构进行了计算,结果表明,计算得到的带隙为5.76 eV,与UV-Vis-NIR实验值6.15eV吻合较好。SrB3O4(OH)3·H2O是一种间接带隙化合物。通过计算折射率,研究了SrB3O4(OH)3·H2O的线性光学性质。SrB3O4(OH)3·H2O是一个正双轴晶体由于nz-ny>ny–nx。在183-2000 nm范围内,双折射指数约为0.060-0.040。此外,本文还报道了SrB3O4(OH)3·H2O的红外光谱、热稳定性和理论计算。2.一种非中心对称硼酸盐:Sr2B5O9(OH)·H2O。设计合成了硼酸盐化合物Sr2B5O9(OH)·H2O晶体,测定了其单晶结构,该化合物结晶于非中心对称空间群C2,a=10.241(5)?,b=8.029(4)?,c=6.399(3)?,V=414.9(3)?3,Z=2,Sr2B5O9(OH)·H2O的基本建造单元是B5O12双环,每一个环是由中心BO4四面体、非中心BO4四面体和BO3三角形互相共享角组成,B5O12双环进一步共享氧原子形成三维的(B5O93-的硼酸盐框架结构,额外的Sr2+阳离子和水分子位于这些通道中,以补偿网络结构的负电荷。另外,紫外-可见-近红外漫反射图谱显示在190 nm的反射率为41.18%,实验带隙为Eg=5.96eV,表明Sr2B5O9(OH)·H2O晶体可能在深紫外区域应用。
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