离子液体中含卤的无机化合物的合成及其结构表征[设计+开题+综述]

开题报告

应用化学

离子液体中含卤的无机化合物的合成及其结构表征

一、选题背景

（一）离子液体

1.离子液体简介

所谓离子液体（室温离子液体），是指在室温或接近常温时呈液态，由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的盐。又称低温熔盐、室温熔盐[1]。

2．离子液体的应用

离子液体首先被用在有机合成中。离子液体在分离分析科学中的重要性与日俱增。离子液体在电化学方面也有着潜在的应用。

离子液体在催化领域中的应用正越来越多地引起人们的关注。在化学生产和化学研究中，绝大部分催化反应都是在溶剂中进行的。离子液体具有与传统介质截然不同的物化性质，有着可以忽略的蒸气压，是一类新型的绿色催化剂体系和反应介质。许多催化反应都可以在离子液体中或者在离子液体的催化下进行，而且通过选择合适的离子液体可以获得较普通有机溶剂更高的反应速率、更好的选择性等。

3. 离子液体的发展前景

近年来，对离子液体的研究日趋活跃，西方国家政府等有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究。同时，离子液体也从绿色化学化工与催化领域迅速扩展到功能材料、电光与光电材料、太阳能储存、生命科学等领域。

（二）非线性光学晶体材料

1.非线性光学晶体材料概况

当光波在非线性介质中传播时，会产生非线性电极化效应，导致光波之间的非线性作用，高强度的激光所导致的光波之间的非线性作用更为显著。这种与光强有关的光学效应，称之为非线性光学效应[2]。

1961年Franken首次将红宝石（Cr3+∶ Al

2O

3

）晶体所产生的激光束射入到

石英晶体中，实验过程中发现两束出射光，一束是原入射的红宝石激光，其波长

是694.3 nm；而另一束是新产生的紫外光，其波长是347.2 nm，频率恰好是红宝石激光频率的两倍，从而确定了它是入射光的二次谐波，这就是国际上首次发现的激光倍频效应实验。从此以后，便开辟了非线性光学及材料发展的新纪元[2]。

优良的非线性光学晶体应具有如下性质[3]：

1）晶体的非线性光学系数要大；

2）能实现相位匹配；

3）透光波段要宽；

4）晶体的激光损伤阈值要大；

5）物化性能稳定、硬度大、不潮解，温度变化带来的影响也要小；

6）可获得光学均匀的大尺寸晶体；

7）晶体的激光转换效率要高。

经过半个世纪的努力，非线性光学晶体材料的发展取得了巨大的进步，从无机非线性晶体材料到金属有机杂化非线性晶体材料。中国的科技工作者在非线性光学晶体材料的研究中也取得了国际公认的优异成绩，研制出了一批性能优良的

、等[4-6]晶体，并且已经大批量的投入非线性光学晶体材料，如BBO、LBO、BaTiO

3

生产，KDP类晶体的研究也已经达到国际先进水平，极大的提高了中国科技在国际高技术了领域的地位。

2.无机非线性光学晶体材料

非线性光学晶体材料可以分为无机非线性晶体材料，有机非线性晶体材料，半有机非线性晶体材料。到目前为止，所使用的非线性光学晶体几乎全是无机晶体。过去几十年，人们对无机非线性光学晶体在理论和应用方面已经进行了深入的研究，随着激光科学与技术的不断发展，无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用。

无机非线性光学晶体按其透光波段范围来划分，可以分为以下三类：

1）从可见光到红外波段的非线性光学晶体

在可见光到红外波段内，人们对非线性光学晶体的研究得最多，其中KTiOPO4（简称KTP晶体）号称频率转换的“全能冠军”材料[7]，它具有倍频系数大，透过波段宽，损伤阈值高，转换效率高，化学稳定性好等优点。

2）紫外波段的非线性光学晶体

紫外波段中，20世纪80年代后期相继成功的发现了一些性能优良的紫外非线性光学材料偏硼酸钡（β-BaB2O4）、三硼酸锂（LiB3O5）、三硼酸铯（CsB3O5）、三硼酸铯锂（CsLiB6O10）和深紫外非线性光学晶体KBe2BO3F2。

3）红外波段的非线性光学晶体[8-9]

现在已经广泛使用的性能优良的非线性光学晶体，绝大多数可以适用于可见光、近红外和紫外波段的范围。但是在红外波段，尤其是波段大于5 μm以上的非线性光学晶体，至今能得到实际应用的却很少。已报道的晶体由于各方面的限制，从而得不到广泛的应用。所以，对于这些已报道的红外波段的非线性光学晶体，很有必要做深入的研究，诸如改进晶体生长工艺技术，对相图与相平衡的研究，以求得生长出大尺寸，优质的晶体。

3．无机红外波段非线性光学晶体的研究

红外非线性光学晶体有着诸多应用：在军事领域，如：激光制导、激光定向红外干扰、激光通讯、红外遥感、红外热像仪、红外测距、激光瞄准；在民用领域，如：环境中痕量气体探测、生物、医药等方面都有着相当广泛的应用。按材料组成可以分为以下三类：

1）ABC

2

型黄铜矿结构化合物[8-9]

过去已经报道和研究过的红外波段的晶体，主要是黄铜矿结构类型的晶体，

例如：ZnGeP

2、Ag

3

AsSe

3

、CdGeAs

2

、Tl

3

AsSe

3

、和AgG(Se

1-x

S

x

)

2

等晶体。这些晶体

的非线性光学系数大，但其能量转换效率大多受到晶体尺寸大小和晶体光学质量限制，热膨胀的各向异性大，热导率低，晶体长大困难，本征缺陷引起吸收和散射，使得在近、中红外区透过率降低。从而得不到广泛的应用。

2）硫属元素化合物

随着水热合成技术的日臻成熟，人们运用该技术成功地合成了大量的硫化物

和硫属化物．其中包括AgGaS

2和AgGaSe

2

[10-11]。,这两种晶体的缺点就是具有热膨

胀的各向异性，当降温冷却时，晶体沿a轴收缩而沿c轴(或光轴)膨胀。

3）含卤的化合物[7]

上述红外非线性光学材料都是半导体，由于带隙较窄，造成它们的激光损伤阈值普遍较低。通常，绝缘材料大多具有大的带宽，预期会有较高的激光损伤阈值，所以在绝缘体中寻找好的红外非线性光学材料是一个新的研究思路。为此我

们选择金属卤化物作为突破点，就是考虑到卤化物往往具有良好的绝缘性，其带隙比较大，意味着其晶体的激光损伤阈值也相应较高；并且M-X (X=C1，Br)键在红外波段吸收较小，因此会具有比较宽的红外透过范围。

二、选题意义和依据

（一）溶剂的优越性

对大多数无机物、有机物和高分子材料来说，离子液体表现出酸性及超强酸性质，使得它可以作为溶剂使用。离子液体的主要特点有：非挥发性、低熔点(可达-90℃)、良好的导电与导热性、良好的透光性与高折光率、高热容、高稳定性、溶解性好、可设计性[12]。这些特点使得离子液体成为兼有液体与固体功能特性的“固态”液体，是传统挥发性溶剂的理想替代品，是名副其实、环境友好的绿色溶剂。

（二）含卤无机化合物的优点

现在已经广泛使用的性能优良的非线性光学晶体，绝大多数可以适用于可见光、近红外和紫外波段的范围。过去已经报道和研究过的红外波段的晶体，主要是黄铜矿结构类型半导体材料，这些晶体的能量转换效率大多受到晶体尺寸大小和晶体光学质量限制，热膨胀的各向异性大，热导率低，在近、中红外区透过率降低。

通常，绝缘材料大多具有大的带宽，预期会有较高的激光损伤阈值，所以在绝缘体中寻找好的红外非线性光学材料是一个新的研究思路。为此我们选择金属卤化物作为突破点，就是考虑到卤化物往往具有良好的绝缘性，其带隙比较大，意味着其晶体的激光损伤阈值也相应较高；并且M-X (X=C1，Br)键在红外波段吸收较小，因此会具有比较宽的红外透过范围[7]。

（三）意义

当前非线性光学晶体材料的关键问题是研究与寻找性能更加理想、实用的材料。随着非线性光学的深入研究和新型材料的不断发展对非线性光学晶体又提出了更多更高的物理化学性能要求，同时许多应用也还在层出不穷地发展中。正是由于非线性光学晶体有着如此广阔的应用前景以及这些应用可能带来的光电子技术领域的重大突破，所以寻找与合成性能优异的新型非线性光学晶体具有非常重要的意义。

三、研究的基本内容与拟解决的主要问题：

（1）研究的重点：

主要以一种还原性的金属与一种氧化性非金属（如S,P,卤素）在离子液体中进行氧化还原反应，反应产物用降温法经适当处理得到具有非线性光学性质的含卤无机化合物，并对其进行结构解析和性质表征。

（2）研究的难点：

控制反应条件（反应物配比、反应温度、反应时间等），合成具有非线性光学性质的含卤无机化合物，并对其进行结构解析和性质表征。

四、研究的方法与技术路线：

以一种还原性的金属与一种氧化性非金属（如S,P,卤素）在离子液体中进行氧化还原反应，反应产物用降温法经适当处理得到具有非线性光学性质的含卤无机化合物，并对其进行结构解析和性质表征。

技术路线：称量原料（不同摩尔比）→混合均匀→一定温度下反应→降温结晶→处理晶体→解结构→性质分析。

五、研究的总体安排与进度：

（一）收集并整理资料，确定选题

2010年9月—10月：通过协商确定毕业论文指导老师，并初步确定论文选题

1.收集相关文献。

2.按照文献设计可行的实验方案

（二）做实验，同时完成开题报告

1．2010年11月10日：开始做实验

2．同时写开题报告，12月31号之前完成开题报告资料。

3．2011年1月6日进行开题报告。

（三）写论文，准备答辩

2011年4月- 5月：对产品性能测试，完成论文。

六、主要参考文献：

[1] 顾浩．室温离子液体的性质和应用[J]．精细与专用化学品，2005，13(7)1：10~12

[2] 张克从, 王希敏. 非线性光学晶体材料科学（第二版）. 北京: 科学出版社,

2005: 26.

[3] 张克从, 王希敏. 非线性光学晶体材料科学（第二版）. 北京: 科学出版社,

2005: 112.

[4] J. T. Lin and C Chen. Choosing a nonlinear crystal: recent advances in materials

science have led to more efficient nonlinear crystals. Lasers. Optronics., 1987, 6(11): 59-63.

[5] J. T. Lin, C. E. Huang and J. O. Yao. Applications and features of a new nonliear

crystal: lithium triborate. Conference on Lasers and Electro-optics, 1989, 348-350.

[6] H. A. Lu, L. A. wills and B. W. Wessels, et al. Second harmonic generation and

crystalline structure of corona poled BaTiO3thin films. Opt. Mater., 1993, 2(3): 169-173.

[7] 苏旭，刘涛，张刚等. 中红外波段二阶非线性光学晶体材料研究进展. 无机化学学报，

2006，22（7）：:1163—1169.

[8] 朱世富、李正辉等. 硒镓银单晶体的生长及其应用. 人工晶体学报, 1993,

(3):296-299.

[9] 杨春晖, 张建. 新型中、远红外波段非线性光学晶体磷化锗锌. 人工晶体学报,

2004, 33(2): 141-143.

[10] Li Y，Ding Y，Qian Y，et a1．1norg．Chem．，1998,37：2844-2845.

[11] Li B，Xie Y，Huang J，et a1．Solid State lonics，1999，126：359-362.

[12] 吴清文．离子液体及其研究进展[J]．中国科技信息，2008，5（9）：45．

[13] 顾庆天，潘奇伟．一种新的红外非线性材料—CsGeCI3．1999，21(6)：475-477．

[14] 李真一，刘立强等．新型红外非线性光学晶体CsGeBr3的研究．2006,36（4）:308-310．

[15] ZHANG Jun．Thesis for fk Masterate of Wuhan University．1996．

[16] Su X，Zhang G，Liu T，et al．The 3rd Asian Confer.on Cryst． Growth and Cryst．Tech．，

Beijing，2005．EB10．

[17] Qichun Zhang，In Chung．Chalcogenide Chemistry in Ionic Liquids: Nonlinear

Optical Wave-Mixing Properties of the Double-Cubane Compound[Sb7S8Br2](AlCl4)3．2009．

文献综述

应用化学

离子液体中含卤的无机化合物的合成及其结构表征

一、选题背景

（一）离子液体

1.离子液体简介

所谓离子液体（室温离子液体），是指在室温或接近常温时呈液态，由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的盐。又称低温熔盐、室温熔盐[1]。

2．离子液体的应用

离子液体首先被用在有机合成中。离子液体在分离分析科学中的重要性与日俱增。离子液体在电化学方面也有着潜在的应用。

离子液体在催化领域中的应用正越来越多地引起人们的关注。在化学生产和化学研究中，绝大部分催化反应都是在溶剂中进行的。离子液体具有与传统介质截然不同的物化性质，有着可以忽略的蒸气压，是一类新型的绿色催化剂体系和反应介质。许多催化反应都可以在离子液体中或者在离子液体的催化下进行，而且通过选择合适的离子液体可以获得较普通有机溶剂更高的反应速率、更好的选择性等。

3. 离子液体的发展前景

近年来，对离子液体的研究日趋活跃，西方国家政府等有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究。同时，离子液体也从绿色化学化工与催化领域迅速扩展到功能材料、电光与光电材料、太阳能储存、生命科学等领域。

（二）非线性光学晶体材料

1.非线性光学晶体材料概况

当光波在非线性介质中传播时，会产生非线性电极化效应，导致光波之间的非线性作用，高强度的激光所导致的光波之间的非线性作用更为显著。这种与光强有关的光学效应，称之为非线性光学效应[2]。

1961年Franken首次将红宝石（Cr3+∶ Al

2O

3

）晶体所产生的激光束射入到

石英晶体中，实验过程中发现两束出射光，一束是原入射的红宝石激光，其波长

是694.3 nm；而另一束是新产生的紫外光，其波长是347.2 nm，频率恰好是红宝石激光频率的两倍，从而确定了它是入射光的二次谐波，这就是国际上首次发现的激光倍频效应实验。从此以后，便开辟了非线性光学及材料发展的新纪元[2]。

优良的非线性光学晶体应具有如下性质[3]：

8）晶体的非线性光学系数要大；

9）能实现相位匹配；

10）透光波段要宽；

11）晶体的激光损伤阈值要大；

12）物化性能稳定、硬度大、不潮解，温度变化带来的影响也要小；

13）可获得光学均匀的大尺寸晶体；

14）晶体的激光转换效率要高。

经过半个世纪的努力，非线性光学晶体材料的发展取得了巨大的进步，从无机非线性晶体材料到金属有机杂化非线性晶体材料。中国的科技工作者在非线性光学晶体材料的研究中也取得了国际公认的优异成绩，研制出了一批性能优良的

非线性光学晶体材料，如BBO、LBO、BaTiO

3

、等[4-6]晶体，并且已经大批量的投入生产，KDP类晶体的研究也已经达到国际先进水平，极大的提高了中国科技在国际高技术了领域的地位。

2.无机非线性光学晶体材料

非线性光学晶体材料可以分为无机非线性晶体材料，有机非线性晶体材料，半有机非线性晶体材料。到目前为止，所使用的非线性光学晶体几乎全是无机晶体。过去几十年，人们对无机非线性光学晶体在理论和应用方面已经进行了深入的研究，随着激光科学与技术的不断发展，无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用。

无机非线性光学晶体按其透光波段范围来划分，可以分为以下三类：

1）从可见光到红外波段的非线性光学晶体

在可见光到红外波段内，人们对非线性光学晶体的研究得最多，其中KTiOPO4（简称KTP晶体）号称频率转换的“全能冠军”材料[7]，它具有倍频系数大，透过波段宽，损伤阈值高，转换效率高，化学稳定性好等优点。

2）紫外波段的非线性光学晶体

紫外波段中，20世纪80年代后期相继成功的发现了一些性能优良的紫外非线性光学材料偏硼酸钡（β-BaB2O4）、三硼酸锂（LiB3O5）、三硼酸铯（CsB3O5）、三硼酸铯锂（CsLiB6O10）和深紫外非线性光学晶体KBe2BO3F2。

3）红外波段的非线性光学晶体[8-9]

现在已经广泛使用的性能优良的非线性光学晶体，绝大多数可以适用于可见光、近红外和紫外波段的范围。但是在红外波段，尤其是波段大于5 μm以上的非线性光学晶体，至今能得到实际应用的却很少。已报道的晶体由于各方面的限制，从而得不到广泛的应用。所以，对于这些已报道的红外波段的非线性光学晶体，很有必要做深入的研究，诸如改进晶体生长工艺技术，对相图与相平衡的研究，以求得生长出大尺寸，优质的晶体。

3．无机红外波段非线性光学晶体的研究

红外非线性光学晶体有着诸多应用：在军事领域，如：激光制导、激光定向红外干扰、激光通讯、红外遥感、红外热像仪、红外测距、激光瞄准；在民用领域，如：环境中痕量气体探测、生物、医药等方面都有着相当广泛的应用。按材料组成可以分为以下三类：

1）ABC

2

型黄铜矿结构化合物[8-9]

过去已经报道和研究过的红外波段的晶体，主要是黄铜矿结构类型的晶体，

例如：ZnGeP

2、Ag

3

AsSe

3

、CdGeAs

2

、Tl

3

AsSe

3

、和AgG(Se

1-x

S

x

)

2

等晶体。这些晶体

的非线性光学系数大，但其能量转换效率大多受到晶体尺寸大小和晶体光学质量限制，热膨胀的各向异性大，热导率低，晶体长大困难，本征缺陷引起吸收和散射，使得在近、中红外区透过率降低。从而得不到广泛的应用。

2）硫属元素化合物

随着水热合成技术的日臻成熟，人们运用该技术成功地合成了大量的硫化物

和硫属化物．其中包括AgGaS

2和AgGaSe

2

[10-11]。,这两种晶体的缺点就是具有热膨

胀的各向异性，当降温冷却时，晶体沿a轴收缩而沿c轴(或光轴)膨胀。

3）含卤的化合物[7]

上述红外非线性光学材料都是半导体，由于带隙较窄，造成它们的激光损伤阈值普遍较低。通常，绝缘材料大多具有大的带宽，预期会有较高的激光损伤阈值，所以在绝缘体中寻找好的红外非线性光学材料是一个新的研究思路。为此我们选择金属卤化物作为突破点，就是考虑到卤化物往往具有良好的绝缘性，其带隙比较大，意味着其晶体的激光损伤阈值也相应较高；并且M-X (X=C1，Br)键在红外波段吸收较小，因此会具有比较宽的红外透过范围。

二、研究意义

对大多数无机物、有机物和高分子材料来说，离子液体表现出酸性及超强酸性质，使得它可以作为溶剂使用。离子液体的主要特点有：非挥发性、低熔点(可达-90℃)、良好的导电与导热性、良好的透光性与高折光率、高热容、高稳定性、溶解性好、可设计性[12]。这些特点使得离子液体成为兼有液体与固体功能特性的“固态”液体，是传统挥发性溶剂的理想替代品，是名副其实、环境友好的绿色溶剂。

当前非线性光学晶体材料的关键问题是研究与寻找性能更加理想、实用的材料。随着非线性光学的深入研究和新型材料的不断发展对非线性光学晶体又提出了更多更高的物理化学性能要求，同时许多应用也还在层出不穷地发展中。

现在已经广泛使用的性能优良的非线性光学晶体，绝大多数可以适用于可见光、近红外和紫外波段的范围。过去已经报道和研究过的红外波段的晶体，主要是黄铜矿结构类型半导体材料，这些晶体的能量转换效率大多受到晶体尺寸大小和晶体光学质量限制，热膨胀的各向异性大，热导率低，在近、中红外区透过率降低。

通常，绝缘材料大多具有大的带宽，预期会有较高的激光损伤阈值，所以在绝缘体中寻找好的红外非线性光学材料是一个新的研究思路。为此我们选择金属卤化物作为突破点，就是考虑到卤化物往往具有良好的绝缘性，其带隙比较大，意味着其晶体的激光损伤阈值也相应较高；并且M-X (X=C1，Br)键在红外波段吸收较小，因此会具有比较宽的红外透过范围[7]。

此次主要以一种还原性的金属与一种氧化性非金属（如S,P,卤素）在离子液体中进行氧化还原反应，反应产物用降温法经适当处理得到具有非线性光学性质的含卤无机化合物，并对其进行结构解析和性质表征。

三、最新研究动态和成果

人们对含卤无机非线性光学晶体在理论和应用方面已有了较深入的研究，文献报道已用加热溶液，冷却重结晶的方法生长出CsGeCl3和CsGeBr3晶体[13-14]。两者都表现出较强的非线性光学效应，并且在整个近、中红外区完全透过，拥有较宽的带隙和打的激光损伤阈值。但这两种化合物都严重吸潮，在空气中无法长时间保持稳定。CGC在325℃分解，因此难以用熔融法生长出大尺寸的单晶。此外，有文献[15]报道了一种新型三元卤化物型的非线性光学晶体材料：CsCdBr3。CsCdBr3由于具有高的热稳定性、宽的透光范围、高的激光损伤阈值以及适中的倍频(为KDP的3.6倍)，而且它还比较容易从水溶液中生长单晶，因此它具有良好的应用前景。另有文献报道用溶剂热法合成SbI3(S8)3[16]，对该晶体的测试表明．该化合物的全透过范围为0．38～20μm，能应用于中红外光区；化合物的带宽大小约为2.7 eV，热分解温度大于230℃。最新文献[17]报道有人在离子液体中合成了[Sb7S8Br2](AlCl4)3，经测试晶体具有非线性光学性质。

综上所述可知，具有非线性光学性质的含卤无机化合物的合成不多，方法种类也较少，以离子液体为溶剂进行生长是一种新颖的思路，对这一方面的研究有着较大的空间。基于以上分析，本论文将以一种还原性的金属与一种氧化性非金属（如S,P,卤素）在离子液体中进行氧化还原反应，反应产物用降温法经适当处理得到具有非线性光学性质的含卤无机化合物，并对其进行结构解析和性质表征。

参考文献：

[1] 顾浩．室温离子液体的性质和应用[J]．精细与专用化学品，2005，13(7)1：10~12

[2] 张克从, 王希敏. 非线性光学晶体材料科学（第二版）. 北京: 科学出版社,

2005: 26.

[3] 张克从, 王希敏. 非线性光学晶体材料科学（第二版）. 北京: 科学出版社,

2005: 112.

[4] J. T. Lin and C Chen. Choosing a nonlinear crystal: recent advances in materials

science have led to more efficient nonlinear crystals. Lasers. Optronics., 1987, 6(11): 59-63.

[5] J. T. Lin, C. E. Huang and J. O. Yao. Applications and features of a new nonliear

crystal: lithium triborate. Conference on Lasers and Electro-optics, 1989, 348-350.

[6] H. A. Lu, L. A. wills and B. W. Wessels, et al. Second harmonic generation and

crystalline structure of corona poled BaTiO3thin films. Opt. Mater., 1993, 2(3): 169-173.

[7] 苏旭，刘涛，张刚等. 中红外波段二阶非线性光学晶体材料研究进展. 无机化学学报，

2006，22（7）：:1163—1169.

[8] 朱世富、李正辉等. 硒镓银单晶体的生长及其应用. 人工晶体学报, 1993,

(3):296-299.

[9] 杨春晖, 张建. 新型中、远红外波段非线性光学晶体磷化锗锌. 人工晶体学报,

2004, 33(2): 141-143.

[10] Li Y，Ding Y，Qian Y，et a1．1norg．Chem．，1998,37：2844-2845.

[11] Li B，Xie Y，Huang J，et a1．Solid State lonics，1999，126：359-362.

[12] 吴清文．离子液体及其研究进展[J]．中国科技信息，2008，5（9）：45．

[13] 顾庆天，潘奇伟．一种新的红外非线性材料—CsGeCI3．1999，21(6)：475-477．

[14] 李真一，刘立强等．新型红外非线性光学晶体CsGeBr3的研究．2006,36（4）:308-310．

[15] ZHANG Jun．Thesis for fk Masterate of Wuhan University．1996．

[16] Su X，Zhang G，Liu T，et al．The 3rd Asian Confer.on Cryst． Growth and Cryst．Tech．，

Beijing，2005．EB10．

[17] Qichun Zhang，In Chung．Chalcogenide Chemistry in Ionic Liquids: Nonlinear

Optical Wave-Mixing Properties of the Double-Cubane Compound[Sb7S8Br2](AlCl4)3．2009．

（20 届）

本科毕业设计

离子液体中含卤的无机化合物合成及结构表征Synthesis and characterization of the halogenous inorganic compound in ionic liquids

离子液体中含卤的无机化合物合成及结构表征

【摘要】具有非线性光学性质的含卤无机化合物的合成不多，以离子液体为溶剂进行生长是一种新颖的思路。本论文将重点以一种还原性的金属与一种氧化性非金属为原料在离子液体中进行氧化还原反应，探索实验反应条件，得到具有非线性光学性质的含卤无机化合物。并通过粉末衍射，红外光谱，热重分析等对其进行表征。

【关键词】含卤的无机化合物；合成；表征

Synthesis and characterization of the halogenous inorganic compound in ionic liquids 【ABSTRACT】The synthesis of halogenous inorganic compounds with nonlinear optical properties is few. Research to discover new compounds in ionic liquids is a kind of new ideas. This paper will use a reducing metal and a oxidizing nonmetal as raw material for redox reaction in ionic liquids. The reaction conditions of the experiment has been studied to get halogenous inorganic compounds with nonlinear optical properties. At last they been characterized with XRD, infrared spectroscopy, and differential thermal analysis.

【KEYWORDS】halogenous inorganic compound; Syntheses; Characterization

目录

【摘要】....................................................................................................................... II 【关键词】................................................................................................................... II 【ABSTRACT】......................................................................................................... I II 【KEYWORDS】....................................................................................................... I II 1. 引言. (1)

1.1离子液体概述 (1)

1.1.1离子液体简介 (1)

1.1.2离子液体的应用 (1)

1.1.3离子液体的发展前景 (1)

1.2非线性光学晶体材料的概述 (1)

1.2.1非线性光学晶体材料概况 (1)

1.2.2无机非线性光学晶体材料 (2)

1.2.3无机红外波段非线性光学晶体的研究 (3)

1.3研究的意义 (3)

1.4最新研究动态 (4)

1.5研究路线及技术方法 (4)

2.实验部分 (5)

2.1实验药品与试剂 (5)

2.2实验仪器与设备 (5)

2.3生长与测试的方法、原理 (6)

2.3.1溶剂热法 (6)

2.3.2 X-射线粉末衍射原理 (6)

2.3.3红外光谱法 (6)

2.3.4热重与差热分析法 (7)

2.4实验方法 (8)

3.分析与讨论 (9)

3.1晶体结构的测试 (9)

3.2晶体表征 (12)

3.2.1 XRD分析 (12)

3.2.2红外光谱分析 (14)

3.2.3热重与差热曲线分析 (19)

4.结论 (21)

参考文献 (22)

致谢 (24)

11. 引言

1.11.1离子液体概述

1.1.1离子液体简介

离子液体是指在室温或者接近室温时呈液态的由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的盐，又称低温熔盐或室温熔盐。与固态物质相比，它是液态的；与传统的液态物质相比，它又是离子的[1]。

离子液体的主要特点有：非挥发性、宽液程、宽的电化学窗口、强的静电场、低熔点(可达-90℃)、良好的导电与导热性[21]、高热容、溶解性好、高稳定性、良好的透光性与高折光率、可设计性。这些特点使得离子液体成为既有液体又有固体功能的“固态”液体，又称为“液体”分子筛。

1.1.2离子液体的应用

离子液体在有机合成，分离分析科学，电化学等方面都有应用。离子液体在催化领域中的应用正越来越多地引起人们的关注。在化学生产和化学研究中，绝大部分的催化反应都是在溶剂中进行的。离子液体具有与传统介质不同的物理化学性质，有着可以忽略的蒸气压，是一类新型的反应介质和绿色催化剂体系。许多催化反应都可以在离子液体中或者以离子液体为催化剂下进行，而且通过选择合适的离子液体，可以获得比普通有机溶剂更高的反应速率等。

1.1.3离子液体的发展前景

近年来，较多有关企业均投入大量资金支持研究离子液体，对离子液体的研究日趋活跃。同时，离子液体也从催化领域与绿色化学化工迅速扩展到电光与光电材料、功能材料、生命科学、太阳能储存等领域。

1.21.2非线性光学晶体材料的概述

1.2.1非线性光学晶体材料概况

在非线性介质中传播时，光波会产生非线性电极化效应，导致光波间的非线性作用，更为显著的是高强度的激光所导致的光波间的非线性作用。这种与光强有关的光学效应，被称作非线性光学效应[2]。

1961年Franken首次将红宝石（Cr3+∶ Al2O3）晶体所产生的激光束射入到石英晶体中，实验过程中发现两束出射光，一束波的波长是694.3 nm，是原入射的红宝石激光；而另一束波的波长是347.2 nm，是新产生的紫外光，波长恰好是红宝石激光频率的一半，即频率是红宝石激光的两倍，从而确定它是入射光的二次谐波，这是国际上第一次发现激光倍频效应的实验。从此以后，便开辟了非线性光学及材料发展的新纪元[2]。

经过半个世纪的努力，非线性光学晶体材料取得巨大进展，从无机非线性晶体材料到金属有机杂化非线性晶体材料。中国的科技工作者在非线性光学晶体材料的研究中也取得了国际公认的优异成绩，研制出一批性能优良的非线性光学晶体材料，如BBO、LBO、BaTiO3、等[3-5]晶体，并且已经大批量的投入生产，KDP类晶体的研究也已经达到国际先进水平，极大的提高了中国科技在国际高技术了领域的地位。

1.2.2无机非线性光学晶体材料

非线性光学晶体材料可以分为无机非线性晶体材料，有机非线性晶体材料，半有机非线性晶体材料（如BTCB）[22]。到目前为止，所使用的非线性光学晶体几乎全是无机晶体。过去几十年，无机非线性光学晶体在理论和应用方面已经得到了深入的研究，随着激光科学与技术的不断发展，无机非线性光学晶体材料扮演着越来越重要的角色。

无机非线性光学晶体按其透光波段范围来划分，可以分为以下三类：

（1）从可见光到红外波段的非线性光学晶体

在可见光到红外波段内，人们对非线性光学晶体的研究得最多，其中KTiOPO4（简称KTP 晶体）号称频率转换的“全能冠军”材料[6]，它具有透过波段宽，倍频系数大，转换效率高，化学稳定性好，损伤阈值高等优点。

（2）紫外波段的非线性光学晶体

紫外波段中，20世纪80年代后期相继成功的发现了一些性能优良的紫外非线性光学材