新型金属硼酸盐的设计合成、表征及性质研究

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本文采用不同的合成方法得到了七种不同的硼酸盐晶体,采用单晶X射线衍射对其结构进行表征,通过元素分析、FTIR、PXRD、TG-DSC等表征手段进一步证实晶体结构,并通过紫外光谱分析对化合物的光学性质进行了探究。本文还通过将本课题组前期合成的化合物[Zn(H2O)6](NO32·[Zn{B3O3(OH)4}2(H2O)4]·2H2O(硼酸锌)与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共混得到复合材料,研究了其对于ABS的阻燃性能,并对复合材料进行锥形量热测试、TG、SEM-EDX分析。化合物[Co(H2O)6](NO32·[Co{B3O3(OH)4}2(H2O)4]·2H2O(1)是利用金属盐熔融法获得的。其晶体数据如下:单斜晶系,空间群为P21/c,晶胞参数为,b===90.00?,β=101.021(13)?,γ=90.00?,Z=2。[B3O3(OH)4]-、NO3-阴离子参与化合物1的晶体结构形成,Co2+阳离子与水分子和硼氧聚阴离子簇共价结合形成一个[Co(H2O)6]八面体和一个[Co{B3O3(OH)4}2(H2O)4]团簇,它们通过氢键连接形成一个虚拟的三维结构,其中NO3-填充在虚拟结构中。其带隙约为4.01 eV。化合物[Ni(H2O)6](NO32·[Ni{B3O3(OH)4}2(H2O)4]·2H2O(2)与化合物1的合成方法一致。其晶体数据如下:单斜晶系,P21/c,,,,α=90.00,β=100.890(7)?,γ=90.00,Z=2。化合物1和2是同构物,化合物2的合成说明化合物1的结构能够被调控,结构中的Co2+金属阳离子能被Ni2+替代。其带隙约为4.19 eV。化合物[Ni(H2O)3]·[B6O7(OH)6](3)是在化合物1和2的合成方法上加入溶剂助熔且加入有机胺调节p H获得的。它的晶体学数据为:单斜晶系,P21/c,a=9.890(3)?,b=12.158(4)?,c=14.925(5)?,α=90.00°,β=106.806(7)°,γ=90.00°,Z=4。化合物3是一个含有B6聚阴离子簇的孤立结构金属硼酸盐,在氢键的作用下各单元连接形成超分子骨架。其带隙约为4.59 eV。化合物Ni0.8Mn0.2{B6O7(OH)3[O(CH22NH2]3}(4)是选择合适的前躯体,以溶剂热方法获得的。其晶体学数据为:立方晶系,Pa-3,a=15.17730(10)?,b=15.17730(10)?,c=15.17730(10)?,α=90.00°,β=90°,γ=90.00°,Z=8。化合物4的中心金属Ni/Mn统计原子通过三个共享的O原子与B6聚阴离子簇连接和以这三个共享的O原子和三个N原子与三个乙醇胺分子连接形成一个大的中性金属硼氧团簇。其带隙约为3.95 eV。化合物{Ni0.7Mn0.3[B7O10(OH)4]2}·(H2en)2(5)(en=乙二胺)是选择与化合物4相同的前躯体,利用溶剂热方法获得的。其晶体学数据为:三斜晶系,P-1,a=7.4653(4)?,b=8.3522(6)?,c=11.6510(4)?,α=94.024(4)°,β=98.226(4)°,γ=101.895(5)°,Z=1。化合物5的结构由硼酸镍锰二维层和层单元之间的乙二胺分子通过氢键连接而成。其带隙约为4.57 eV。化合物[Ni(1-MI)6]·[B5O6(OH)4]2·2(C3H7NO)(6)(1-MI=1-甲基咪唑)是选择与化合物4相同的前躯体,利用溶剂热方法获得的。其晶体学数据为:单斜晶系,P21/c,a=11.2593(8)?,b=20.6617(13)?,c=11.5629(8)?,α=90.00°,β=102.115(2)°,γ=90.00°,Z=2。在化合物6的结构中,B5簇和C3H7NO分子通过氢键连接形成虚拟的三维结构,[Ni(1-MI)6]2+配合物填充在虚拟结构的空隙里。其带隙约为4.24 eV。化合物[Ni(1,3-dap)]·[B4O7](7)(1,3-dap=1,3丙二胺)是利用金属盐熔融法与溶剂热方法相结合获得的。其晶体学数据为:四方晶系,P43212,a=8.5599(8)?,b=8.5599(8)?,c=12.5937(12)?,α=90.00°,β=90°,γ=90.00°,Z=4。化合物7是一例使用配位聚合物来构建无机-有机框架的杂化硼酸盐,Ni2+离子表现出三角-双锥配位模式,Ni-1,3-dap配位聚合物螺旋链与三维硼氧网络连接,最终形成手性骨架。其带隙约为3.71 eV。
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