钽氧氟化合物及钽酸盐合成与性质探究-synthesis and properties of tantalum oxyfluoride and tantalate.docx

钽氧氟化合物及钽酸盐的合成与性质探究中文摘要中文摘要钽氧氟化合物能够表现出很多优异的性能，比如二阶非线性光学活性、介电活性、铁电活性以及压电活性，以及其它金属掺杂的钽酸盐在可见光下降解有机污染物和分解水等方面的光催化活性较高，因此合成出具有多功能的氟氧钽酸盐和制备出其它金属掺杂的钽酸盐已逐渐成为化学工作者们研究的热点。钽氧氟化合物的基本构筑单元是八面体的(FaF6)，基本构筑单元通过氧原子连接可形成二聚体的[Ta2OF10]2-、四聚体的[Ta4F16O4]2-和八聚体的[Ta8F24O12]8-等，而这些结构通常是以阴离子的形式存在，其平衡阳离子一般是季铵盐或者是质子化的有机胺等。含钽化合物合成的主要原料有Ta2O5、TaCl5、乙醇钽等，其中Ta2O5反应活性不高，而TaCl5、乙醇钽价格昂贵且遇水极易水解的性质使其不能在水相体系中反应，这些都限制了它们的应用。钽粉虽然相对的耐酸耐碱耐高温，但是其可以溶解在HF溶液以及高浓度的碱溶液中。因此，本论文以钽粉为原料利用溶剂热法合成钽氧氟化合物，通过改变氟离子的浓度以及pH值来调控钽氧氟阴离子的结构，通过选择合适的平衡阳离子，从而获得新颖的钽氧氟化合物，并研究其晶体结构以及性质应用。论文的主要工作包括以下几个方面：(1)采用两步溶剂热法，成功地合成出了[Fe(phen)3][Ta2OF10](1)，[Fe(phen)3][Ta2OF10]·2H2O(2)，[Co(phen)2Cl2][TaF6](3)，[Ru(phen)3]2[Ta2OF10][TaF6]2(4)四种阴阳离子化合物以及未测出结构的化合物3’，它们的结构基本类似。首次将金属-邻菲罗啉配体引入到钽氧氟阴离子的结构中，X-射线单晶衍射仪测定了它们的结构，并研究了它们的热稳定性及其光电流性质。(2)通过定量控制Fe(Co)和钽的比例成功的制备出了Fe(Co)掺杂的钽氧化合物，XRD测试显示它们是钙钛矿型和焦绿石型两种构型的钽酸盐的混合物，研究了它们的形貌随温度以及煅烧时间变化的影响。关键词：钽氧氟化合物，掺杂钽酸盐，金属-邻菲罗啉配合物，晶体结构，光电性质作者：于兰指导老师：卞国庆（副教授）SynthesisandpropertiesoftantalateoxyfluorideandtantalatesAbstractSynthesisandpropertiesoftantalateoxyfluorideandtantalatesAbstractTantalumoxyfluorideanionsarekeyconstituentsofmaterialsthatexhibitimportantstructure-relatedproperties,suchassecond-ordernonlinearopticalanddielectricactivity,ferroelectricity,andpiezoelectricity.Thetantalatecompoundsdopedbytransitionmetalsareobservedtobeoneofthemostpromisingwaystoimprovethevisiblelightactivityofthewidebandgapsemiconductorphotocatalysts.Therehasbeenagrowinginterestinsynthesisandpreparationoftantalumoyxfluoridecompoundsandtransitionmetalsdopedtantalates.TantalumoxyfluorideanionsareusuallyconstructuredtovarioustypesofclustersbybridgingoxygenatomsofthesimpleoctahedronbuildingblocksTaF6,inwhichthemajorreportedframeworkshavethreetypes:dimer[Ta2OF10]2-,tetramer[Ta4F16O4]2-andoctamer[Ta8F24O12]8-.Theircounterionsareusuallythequaternaryammoniumcationsorprotonatedorganicamines.Theinitiationmaterialsforpreparingtantalumcompoundsaretantalumoxide,tantalumpentachloride,tantalumethoxide.Insolubletantalumoxideisaninappropriateprecursorforsol