本文關鍵詞：含過渡金屬的Zintl相砷化物的合成、結構、性質及理論研究

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【摘要】：含有過渡金屬的磷族Zintl相化合物結構多樣,性質豐富多彩,是近幾年來科學家們研究的熱門領域之一。這些化合物,在結構方面,涵蓋了一維鏈狀結構,二維層狀結構和三維網(wǎng)狀結構以及零維簇狀結構。在性質方面,超導,磁性,熱電,鋰電,混合價態(tài)以及非線性光學性等相關性質的文章都有相繼報道。這些化合物中不但包含金屬性化合物,也有半導體。我們探索新材料,不但能逐漸豐富Zintl相化合物的體系,增加新的結構類型,也可以通過摻雜改性、元素替換等方式進一步優(yōu)化材料性能。目前,隨著人們對磷族Zintl相化合物的廣泛研究,一些新型結構的化合物也逐步被人們所發(fā)掘,同時這些新結構也帶來了多種有趣的性質。我們研究了含有砷的Zintl相化合物,采用助熔劑法合成了一些新結構的Zintl相化合物,并對其晶體結構,相關物理性質以及電子結構進行了研究。具體研究內容如下：1.采用Pb做助熔劑合成了兩種具有新結構的Zintl相砷化物Sr2Cu3As3和Eu2Cu3As3,通過X射線單晶衍射確定了兩化合物的結構組成。這兩個化合物的空間群均是中心對稱的Cmcm (No.63, Z=2),屬于正交體系。Sr2Cu3As3化合物的晶胞參數(shù)為a=4.2465(6)A,b=17.604(3),c=4.2552(6)A；EU2CU3AS3化合物的晶胞參數(shù)為a=4.1866(5)A,b=17.486(2)A,c=4.2096(5)A,兩種化合物屬于同構化合物,結構類似,它們的陰離子結構是由[CuAS4]四面體和[CuAs3]平面三角形結構兩種基本單元,通過As-As鍵相連組成的三維網(wǎng)狀結構,陽離子分布在間隙中。Eu2Cu3As3的磁性測試結果表明該化合物的磁序為長程反鐵磁排列,但是外斯溫度為正,說明該化合物存在Eu-4f鐵磁耦合和反鐵磁耦合共存的現(xiàn)象,同時Eu的價態(tài)是正二價。為了更好的分析該化合物與電子結構之間的關系,我們采用第一性原理計算軟件LOMO對Sr2Cu3As3的電子結構進行了分析,理論計算結果證明了Sr2Cu3As3和Eu2Cu3As3都是金屬性的化合物。對于COHP曲線的分析可知,Cu和As原子間p-d雜化也在影響化合物的結構形成上有一定的作用。2.采用Sn做助熔劑得到了一個新的含As的四元化合物Ba2Mg3AgAs4,通過X射線單晶衍射確定該化合物的結構。它的空間群是I4/mmm(No.139,Z=2),單胞參數(shù)為a=4.2948(10)A,c=13.902(6)A。它的結構屬于ThCr2Si2型的122結構類型,其中Mg、Ag混位,均與4個As組成四面體。這些四面體共邊連接形成層狀結構,沿著c軸方向堆疊形成兩維空間結構,陽離子Ba穿插在層間。通過密度泛函理論研究了該化合物的電子結構,結果表明了該化合物是一種缺電子的窄帶隙半導體化合物。我們從該化合物的合成上可以得到啟發(fā),采用等電子替換的方法可以在CaAl2Si2型結構的基礎上設計新的Zintl相化合物。
【關鍵詞】：Zintl相 磷族元素 晶體結構 物理性質 電子結構
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.63
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-36
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 Zintl相化合物的簡介13-15
• 1.3 磷族Zintl相化合物的簡介15-26
• 1.3.1 含有Tm和Pn的化合物,即A-Tm-Pn15-18
• 1.3.2 含有第ⅢA族和Pn的化合物,即A-Tr-Pn18-24
• 1.3.3 含有第ⅣA族和Pn的化合物,即A-Te-Pn24-26
• 1.4 本論文的研究目的及內容26-28
• 1.5 參考文獻28-36
• 第二章 實驗方法與理論計算36-46
• 2.1 實驗藥品36
• 2.2 實驗操作方法36-40
• 2.2.1 金屬助熔劑法37-38
• 2.2.2 固相反應38-40
• 2.3 實驗測試與表征40-42
• 2.4 理論計算方法簡介42-44
• 2.5 參考文獻44-46
• 第三章 A_2Cu_3As_3(A=Sr,Eu)結構的合成和相關性質研究46-70
• 3.1 前言46-47
• 3.2 A_2Cu_3As_3(A=Sr,Eu)的結構,電子結構以及磁性性能研究47-61
• 3.2.1 合成方法47-48
• 3.2.2 晶體結構48-55
• 3.2.3 物理性質55-57
• 3.2.4 理論計算57-61
• 3.3 本章小結61-62
• 3.4 參考文獻62-67
• 附錄67-70
• 第四章 Ba_2Mg_3AgAs_4結構的合成,結構和性能研究70-80
• 4.1 前言70
• 4.2 Ba_2Mg_3AgAs_4的晶體結構,電子結構計算分析70-76
• 4.2.1 合成方法71
• 4.2.2 晶體結構71-74
• 4.2.3 元素分析結果74-75
• 4.2.4 理論計算75-76
• 4.3 本章小結76-77
• 4.4 參考文獻77-80
• 第五章 總結與展望80-82
• 5.1 總結80-81
• 5.2 本論文的主要創(chuàng)新點81
• 5.3 展望81-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文84-85
• 學位論文評閱及答辯情況表85

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本文編號：1112379