低对称d9离子体系电子顺磁共振性质的理论研究

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新型功能材料是指一系列具有独特力学、电学、光学和磁学等性能的材料,可广泛应用于陶瓷、电子器件和聚合物等领域。由于过渡金属离子未填满d壳层的电子能级作用,它们在上述功能材料中通常表现出奇特的光学和磁学性质,这主要依赖于其中过渡金属离子周围的局部结构和电子态的影响,并可借助电子顺磁共振这一重要波谱学技术进行研究。本文针对过渡离子中的d9离子体系,采用低对称(四角、斜方或正交)下自旋哈密顿参量(SHPs)的微扰公式合理解释了关于掺杂了以上过渡离子功能材料的实验EPR结果,并获得杂质的局部结构信息,据此深入讨论了d9离子局部结构与SHPs(尤其是各向异性)的关系及其物理机制。此外,本文还介绍了共轭聚合物(CPs)制备广色域发光的混合荧光微球相关的实验工作。论文主要研究内容分为以下几个部分。(1)本文研究了低对称下3d9(Cu2+和Ni+)离子的自旋哈密顿参量。首先,根据3d9离子四角伸长八面体基团的微扰公式,研究了脱氧YBaCuO(Y123)的各向异性g因子,这源于五配位Cu2+中心较长的轴向Cu-O键以及平面上四个较短Cu-O键。由于共价性影响,考虑了配体轨道和旋轨耦合的贡献。理论计算的g因子与EPR实验测量结果符合得较好。其次,采用八面体四角伸长畸变3d9离子体系的SHPs微扰公式,分析了Li2O-B2O3和Na2O-B2O3玻璃体系中Cu2+中心的SHPs和局部结构,发现八面体[CuO6]10-基团因Jahn-Teller效应分别产生了12.8%和9.2%的相对四角伸长;对于硼酸钡玻璃20A2CO3?24.5Ba CO3·55H3BO3·0.5Cu CO3(ABB,A=Li、Na和K)中的Cu2+中心,根据3d9离子体系中的四角伸长畸变八面体的SHPs的微扰公式,系统的分析了整个体系的SHPs,发现Jahn-Teller效应分别引起三个体系7.8%,8.1%和8.4%的四角伸长畸变,满意地解释了实验值结果。再次,利用四角伸长畸变八面体中3d9离子SHPs的微扰公式,理论计算了混合Rb1-xCsxCa F3晶体中Ni+中心的SHPs和局部结构随体系浓度变化的规律。由于Jahn-Teller效应,杂质八面体沿C4轴发生了的四角伸长畸变,通过相对四角伸长量(35)Z和其他相关的参量(纯晶体中阴、阳离子距离RH、共价因子N、比例因子?和立方场参量Dq)随浓度变化的线性关系来表征。最后,采用ORCA软件,对席夫碱Cu(DMIIMP)2配合物的结构和自旋哈密顿参量(g因子和超精细结构常数)进行了DFT计算,得到[CuO2N2]8-基团的局部结构信息和SHPs与XRD和EPR实验结果较符合,并将上述SHPs的理论值与基于斜方伸长八面体中3d9离子SHPs微扰公式的结果进行了对比分析;根据四角八面体中3d9离子的高阶微扰公式,从理论上研究了[Zn(mein)2(H2O)4]?(sac)2配合物中Cu2+的电子顺磁共振(EPR)参量(g因子和超精细结构常数)。计算结果表明,该方法与DFT计算具有较好的一致性。说明了离子簇模型和统一的微扰公式对这类体系的研究具有合理性。(2)基于改进的四角伸长畸变的八面体中4d9离子的SHPs高阶微扰公式,研究了4d9(Ag2+)杂质离子体系中的过渡金属离子周围的局部结构性质和SHPs。首先,考虑电荷转移机制贡献,研究了NaF和CsCdF3中的四角伸长八面体Ag2+中心的自旋哈密顿参量和局部结构性质。发现杂质Ag2+离子在NaF和CsCdF3体系中分别发生了9.4%和8.2%的相对四角伸长,所得到的Ag2+中心g因子g//,g⊥,超精细结构常数A//,A⊥和超超精细结构参量Az’,Ax’和Ay’与实验结果符合较好;其次,在对Ag Cl和KCl中四角伸长Ag2+中心的理论分析中发现,由于Jahn-Teller效应,杂质中心沿C4轴分别发生0.05和0.21?的相对四角伸长畸变,而后者较大的伸长量是由于其较弱的杂质-配体化学键作用导致。(3)利用四角伸长畸变八面体中5d9离子SHPs的高阶微扰公式,研究了ZnSe晶体中四角伸长Au2+中心的局部结构性质,发现Au2+占据八面体填隙位置,由Jahn-Teller效应导致了8.4%的四角伸长畸变。(4)介绍了一种可以替代传统荧光微球技术的工作,本文合成了由三个具有典型荧光颜色(蓝色、绿色和红色)的CPs,对应于离散的、独立的CIE颜色坐标。通过对这三种荧光聚合物的混合,提出了混合共轭聚合物微球的方案,实现了其荧光谱在较广范围的颜色变化。
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