大量研究表明,硼酸根离子的水合及缔合作用对于理解和认识硼酸盐矿物的沉积和结晶过程、硼酸盐溶液木材防腐与阻燃能力以及硼酸-压水核反应堆性能等具有重要作用。然而,关于硼酸根离子在原子/分子水平上的水合及缔合信息尚无明确的报道。

大量研究表明,硼酸根离子的水合及缔合作用对于理解和认识硼酸盐矿物的沉积和结晶过程、硼酸盐溶液木材防腐与阻燃能力以及硼酸-压水核反应堆性能等具有重要作用。然而,关于硼酸根离子在原子/分子水平上的水合及缔合信息尚无明确的报道。

2015年12月30日,国际综述性期刊Coordination Chemistry Reviews
在线发表了由中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料实验室研究员潘世烈团队独立撰写的题为Recent
Development of Metal Borate Halides: Crystal Chemistry and Application
in Second-order NLO Materials

的学术论文。潘世烈课题组助理研究员王颖为论文第一作者。

中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源化学实验室溶液结构课题组与日本福冈大学Yamaguchi研究组合作,采用X射线散射法研究了广泛浓度范围内偏硼酸钠溶液中硼酸根离子的水合及缔合作用。研究采用X射线衍射仪和曲面成像板检测器测量偏硼酸钠溶液的X射线散射强度,将二维散射图样转化为一维强度数据后提取出结构因子,并采用基于蒙特卡洛方法的经验势能结构参数精修来减小实验和由结构模拟产生的结构因子间的偏差,成功实现了对硼酸盐离子水合和硼酸根与钠离子缔合结构的深入分析。同时,为获得结构细节信息,研究还对硼酸钠的缔合团簇进行了密度泛函理论的计算验证。研究工作发表于Phys.
Chem. Chem. Phys.
。最近,论文被Advance In Engineering
评选为关键科学文章(Key Scientific Article)。

中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源化学实验室溶液结构课题组与日本福冈大学Yamaguchi研究组合作,采用X射线散射法研究了广泛浓度范围内偏硼酸钠溶液中硼酸根离子的水合及缔合作用。

betway88,探索和合成性能优异的新型紫外/深紫外非线性光学晶体材料一直是功能材料领域的研究热点。目前唯一能够用于紫外/深紫外波段的非线性光学晶体材料是氟硼酸钾晶体,但其存在层状生长习性问题,无法广泛应用,仍需要继续探索新材料满足功能材料的发展需求。基于KBBF的晶体结构,通过在硼酸盐中引入卤素离子X
(X = F, Cl, Br和
I),设计合成非中心对称的卤素硼酸盐,是探索新型非线性光学晶体材料的研究策略之一。近几年来,卤素硼酸盐因其丰富的结构类型以及优良的非线性光学性能,逐渐引起科研人员的广泛关注。

近年来,在国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等项目的支持下,青海盐湖所溶液结构课题组围绕硼酸盐溶液特殊的介稳特性与中科院院士高士扬发现的盐湖硼酸盐“稀释成盐”现象,采用X射线散射、EXAFS、DFT计算、Raman光谱、NMR及热力学平衡计算等手段展开系统研究,希望能从溶液微观结构的侧面找到上述现象的化学本质。研究团队解决了多聚硼酸根离子间平衡常数的计算问题,给出了硼酸盐溶液中多聚硼酸根离子的分布,建议了相互作用机理;将传统主要针对单原子球形对称离子的水合结构研究拓展到多原子及硼氧六元环的平面对称离子体系;研究团队引入多种计算模拟方法(DFT
+CPMD+MD)并与多种实验手段相结合,实现了模拟与实验结果的相互统一和相互验证;团队还在X射线散射数据解析新方法和解析软件开发等多个方面均取得了系列进展。研究工作已累计在PCCP,
JPCB, JPCA, CPL, J. Chem. Eng. Data, J. Raman Spectro., J. Mol.
Liquid.
等杂志上发表SCI论文近20余篇。

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科研人员全面系统地总结了近200种卤素硼酸盐化合物,分析了卤素硼酸盐的设计合成和晶体结构特性,归纳了其阴离子基团种类,阐述了具有不同结构类型的卤素硼酸盐的非线性光学性能。综述文章同时指出了卤素离子的引入有利于丰富硼酸盐晶体结构,并且该类化合物与盐包裹固体类(salt-inclusion
solids)化合物在结构上具有共性关系,进一步总结出卤素中心离子盐单元(halogen-centeredSBUs)对非中心结构形成的促进规律,揭示了卤素离子对非线性光学性能的直接和间接影响机理。该综述文章通过总结卤素硼酸盐的结构、性质、生长及其应用间的关系规律,为发现性能更加优异的非线性光学晶体提供理论依据。

论文链接

潘世烈课题组依托于“中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室和自治区电子信息材料与器件重点实验室”,长期从事新型紫外/深紫外硼酸盐非线性光学材料的设计与制备研究,取得了一系列成果。此次发表的综述文章对新疆理化所新型光电功能材料实验室在该方面的科研成果进行了总结,在含卤素的金属硼酸盐体系中,课题组通过结构筛选,设计合成了具有钙钛矿类似结构的氯硼酸钾/溴硼酸钾系列晶体材料(J.
Am. Chem. Soc
, 2011, 133, 7786; CrystEngComm,2011,13,
2899),具有无d0、d10金属阳离子中效应最大的氟硼酸钡晶体(J. Am.
Chem. Soc.
,2013,135,
4215),以及一大批具有短紫外截止边和较大倍频效应的新型晶体材料(J.
Mater. Chem. C
, 2014, 2, 4257; Cryst. Growth Des., 2013, 13, 3514;
Inorg. Chem., 2013, 52,
5359)。此外,在晶体材料结构-性能关系研究方面,阐明了阳离子对碱金属卤素硼酸盐晶体结构性能的影响(Cryst.
Growth Des.
, 2014, 14, 1794; Inorg. Chem., 2014,
53,11213),利用第一原理方法揭示了溴硼酸钡晶体非线性光学效应来源机制(J.
Phys. Chem. C
, 2014, 118,
11849)以及铅钡硼氧氯和铅钡硼氧溴具有较大倍频效应增益的内在机理(J. Am.
Chem. Soc.
, 2015, 137, 9417; Dalton Trans., 2015, 44,
16818),并从理论上模拟了非线性晶体材料在加压情况下相位匹配区间的变化情况(Appl.
Phys. Lett
, 2015, 106,
031906)等。近五年课题组共发表SCI学术论文185篇,其中SCI影响因子大于4.0的有67篇,申请美国发明专利4项、中国发明专利65项;荣获新疆维吾尔自治区科技进步一等奖3项。

Advance In Engineering评论链接

该工作得到国家自然科学基金、中科院交叉合作与创新团队、新疆重点实验室基金等项目的资助。

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论文链接

青海盐湖所在硼酸盐溶液结构研究中取得进展

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新疆理化所发表卤素硼酸盐非线性光学晶体综述文章

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