[发明专利]一种碱土金属硼酸盐及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化学单晶化合物水热合成制备技术领域，具体涉及一种全新结构的碱土金属硼酸盐及其合成方法。

背景技术

硼酸盐晶体材料近年来已成为科学家们研究的热点，这是由于其性能在实际应用价值方面很突出，尤其在非线性光学材料方面。在硼酸盐晶体结构中，硼与氧可以采取3配位方式形成BO₃三角形，也可以采取4配位形成BO₄四面体，BO₃与BO₄之间可以连接形成不同种类的B-O孤立簇，孤立簇与孤立簇之间还可以进一步通过共用氧原子形成一维链状，二维层状，三围骨架状的不同结构，所以硼酸盐可以形成种类繁多的结构类型。通过大量实验证明硼酸盐晶体形成非中心对称空间群的概率是一般无机化合物的二倍，而非中心对称空间群晶体是形成二阶非线性光学晶体的先决条件。硼酸盐化合物中硼氧簇形成阴离子基团，抗衡阳离子的选择也是十分重要的。在非线性晶体材料中，科学家们选择最多的阳离子是碱-碱土金属，这是由于碱-碱土金属与氧的配位模式较为灵活，可以很好的镶嵌在B-O骨架中；碱-碱土金属的透光率很高，便于形成深紫外的非线性光学晶体；碱-碱土金属硼酸盐的稳定性也较高。正是这些特点使得碱-碱土金属硼酸盐成为研究热点。

水热合成是指温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下，由于反应处于分子水平，反应性提高，因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同，因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。一系列温和与高温高压水热反应的开拓及其在此基础上开发出来的水热合成路线，已成为目前获取多数无机功能材料和特种组成与结构的无机化合物的重要途径。在水热合成体系中，已开发出多种新的合成路线与新的合成方法，如直接法、籽晶法、导向剂法、模板剂法、络合剂法、有机溶剂法、微波法以及高温高压合成技术等。

溶剂热在水热法的技术长用溶剂代替纯水，从而合成出了更多的化合物，由于溶剂热和水热的反应温度高，可以克服很多反应的势垒，所以可以诱导很多的反应发生，这就导致了，反应温度，化合物配比，溶剂浓度，反应时间，冷却速度等反应条件稍微变化都会产生许多意想不到结果。使最终产品结构发生重大的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种碱土金属硼酸盐及其合成方法，得到的碱土金属硼酸盐该化合物具有潜在的非线性光学性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碱土金属硼酸盐，所述碱土金属硼酸盐的结构式为Ba₂(B₁₂O₂₁H₂)·6H₂O，其中12个B原子分为2组，每组6个硼原子，6个B原子与O原子形成B6簇，2个B6簇通过共用一个氧原子形成B12簇，所述碱土金属硼酸盐的晶体学数据如下： Space group, P 1; a = 7.6028 Å, b = 8.1155 Å, c = 10.0467Å, α = 89.951°, β = 72.386° , γ= 81.210° ; V = 583.21ų。

一种碱土金属硼酸盐的合成方法，步骤如下：将H₃BO₃、Ba(OH)₂·8H₂O、去离子水和吡啶经室温搅拌后，放进聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，在200~210℃条件下加热反应7~9天，冷却至室温，最后将产物抽滤、水洗，于室温下干燥。

以5mmol H₃BO₃为基准，需要Ba(OH)₂·8H₂O用量为0.4～0.6mmol，去离子水用量为1～2mL，吡啶用量为4～7mL。

该化合物的形成是各种反应条件协同作用下产生的，改变任意一个条件都得不到最终的结果，发明人尝试改变反应物的用量，没有得到目标产物，尝试改变反应温度，发现过低过高都得不到目标产物，改变反应时间，当时间小于7天时，得不到目标产物，当反应时间超过9天后，产品的产率降低10倍以上，同时晶体质量大幅下降，无法进行单晶测试，可见各个反应条件间的协同作用对最终产品的获得起到了重要的作用。