《新型鉍、稀土硼酸鹽的合成、結構和光學性質研究》是依託重慶大學，由叢日紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型鉍、稀土硼酸鹽的合成、結構和光學性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：叢日紅
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
硼酸鹽結構非常豐富多樣，因此常具有優異的物理化學性質，是一類重要的無機功能材料，尤其是在光學領域發揮著重要的作用。隨著雷射技術的發展，非線性光學材料的研究越來越受到人們的關注，尤其是新型倍頻材料的開發。根據陰離子基團理論，結構中含有強各相異性基團的化合物可能成為優良倍頻材料的有利候選者。申請人在博士學習期間利用硼酸熔融和水熱法在鎵、銦、鉍和稀土硼酸鹽體系得到了一系列新型的化合物，表明溶劑熱法是製備新型金屬含氧酸鹽的一種有效方法。本項目擬結合使用溶劑熱法和軟化學合成方法，選擇容易形成不規則配位的、含有孤對電子的Bi3+以及可以用作發光中心的稀土離子作為主要研究對象，合成新的螢光和非線性光學材料。利用X射線衍射、中子衍射、同步輻射以及電子衍射並結合光譜分析等方法解析化合物結構，著重研究其光學性能，探討其潛在的套用前景。
結題摘要
硼酸鹽合成方法多樣、結構豐富，被廣泛套用於螢光和非線性光學領域。本項目主要是通過多種合成方法研究稀土、鉍硼酸鹽，以期合成新型的、性能優良的螢光或非線性光學材料，深入探索晶體結構和物理化學性質之間的關聯。在對鉍相關硼酸鹽研究過程中，我們利用溶膠-凝膠軟化學合成，通過摻雜稀土離子以適當提高樣品合成溫度，成功地在常壓條件下合成得到了La-Nd摻雜的原高壓δ-BiB3O6（摻雜濃度最高可達15atm%），尤其是高濃度的δ-BiB3O6：Nd3+樣品同時具有較大的非線性光學係數（1.03pm/V）和紅外發光性質，可能成為很好的自倍頻材料。通過引入F-可以得到BiB2O4F，理論計算和實驗粉末倍頻測試結果均表明該化合物具有非常突出的非線性光學係數（4.72pm/V）。通過研究其結構和非線性光學性質之間的關係，我們發現強電負性的F-對Bi3+孤對電子的強烈吸引作用導致BiO基團各向異性增強，從而表現出卓越的非線性光學性質。在對Bi相關雙金屬硼酸鹽研究過程中，我們發現了一個新的三元相。該相與已知BaLnB9O16同構，但BaLnB9O16的結構至今還沒有人能夠解決。我們通過單晶XRD最終確定了該化合物的組成實際為Ba6Bi9B79O138,具有目前硼酸鹽中最複雜的結構。Eu3+螢光顏色隨摻雜濃度呈現規律性變化，反映出結構中稀土離子配位對稱性從中心對稱向非中心對稱變化。對稀土硼酸鹽的研究主要集中在螢光性質上。近些年來，人們通過水熱或硼酸熔融法得到了一系列水合稀土多硼酸鹽，但對其螢光性質所知甚少。我們通過最佳化合成條件，得到了Sm[B9O13(OH)4]•H2O:xEu3+ (x = 0-1), Gd[B6O9(OH)3]:xEu3+ (x = 0-1), La[B8O11(OH)5]:xEu3+ (x = 0-0.17) 和 La[B5O8(OH)2]•1.5H2O:xEu3+ (x = 0-0.40)，螢光研究表明其是潛在的UV-LED螢光粉。另外，通過詳細的熱穩定性研究，成功縮短了從這些水合硼酸鹽經熱分解製備無水五硼酸鹽的合成時間，並且對整個熱分解過程的螢光性質進行了監測。總之，我們的整個工作都是結合硼酸鹽合成手段多樣、利用對晶體結構深入的分析，探索硼酸鹽螢光或非線性光學材料的構效關係，為今後進一步設計合成更多具有優良螢光和非線性光學效應的新型無機材料提供指導。
