具有新型层状共生结构的含镓氧化物的设计合成和离子导电性研究
结题报告
批准号:
21805020
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
江鹏飞
依托单位:
学科分类:
B0502.无机功能材料化学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
岳慕飞、王融、黄荷、尹超、李晶
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中文摘要
申请人研究含镓氧化物是因为镓可与氧形成4、5或6配位,在高温下镓氧多面体容易脱去或接受氧,实现氧离子传输。申请人选择具有相似层状结构的填充式鳞石英和CaGa4O7组合,设计(CaPbGa4O8)n(CaGa4O7)m共生型系列氧化物,在前期研究中已获得CaPbGa4O8与Ca2PbGa8O15,利用粉末X射线和中子衍射解析晶体结构,其中Ca2PbGa8O15是第一例非密堆积类型的层状共生结构。本项目将基于这两个新氧化物,利用高价金属离子如稀土、Bi3+、Ge4+或低价离子如碱金属、Zn2+等对Ca/Pb/Ga适量取代,在结构中引入间隙氧或氧空位,测试氧离子导电行为,并通过中子衍射或全散射手段研究缺陷状态,进而分析氧离子导电机制。此外,申请人将利用软化学合成等方法探索这个系列中其它可能存在的新型氧化物,并拓展至其他复合金属氧化物体系。本项目研究特色在于新结构设计以及利用粉末衍射解析未知结构。
英文摘要
The gallium-containing oxides is our target system because the flexible coordination modes of Ga3+ with 4, 5, or 6 oxygens is beneficial to the oxygen immigration at high temperature by losing or accepting oxygen atoms. Considering the similar layered type structures in stuffed tridymite- and CaGa4O7, we rationally design a series of possible intergrowth structures with the general formula (CaPbGa4O8)n(CaGa4O7)m. During the preliminary investigation, two members of CaPbGa4O8 and Ca2PbGa8O15 were indeed realized by solid state reactions and their structures were determined by powder X-ray and neutron diffraction. Note that Ca2PbGa8O15 is the first example of intergrowth compounds not based on the closed-packing-structures. This project is therefore proposed on the basis of these two new oxides. We plan to substitute with rare earth cations, Bi3+, Ge4+ to gain interstitial oxygen, or dope with alkaline metal, Zn2+ to obtain oxygen vacancies, followed by the examination of high temperature oxygen ionic conductivity. It is also necessary to study the location and the concentration of the oxygen vacancies or interstitial oxygen in the structure through the combination of neutron diffraction and inelastic scattering, to shed the light of the conducting mechanism. In addition, we also propose to facilitate the soft-chemistry synthetic methods to discover other new layered intergrowth oxides in this system or even other complex phase diagrams. In summary, rational design of new structures and solving them with powder diffraction techniques are both important characteristics of our project.
镓离子可与氧形成柔性的4、5或6配位,不仅利于氧缺陷的稳定,还有助于氧离子在不同GaOn多面体(n = 4、5、6)之间传递,进而实现氧离子导电。我们希望通过探索合成新型含镓复合金属氧化物,并通过不等价离子掺杂来构造氧缺陷,以获得具有高离子电导率的氧离子导体材料。利用离子之间电荷、离子半径、化学性质的差异,我们设计合成了若干新型含镓复合金属氧化物,包括Ca2PbGa8O15,CaPbGa4O8, Ca1-xSrxGa2O4 (x = 0.2-0.95),CaBa1-xPbxZn2Ga2O7,Ca7Mg2Ga6O18以及Sr11Zn12-δGa6O33-δ。运用粉末X射线衍射、同步辐射以及高分辨中子衍射从头解析了它们的晶体结构,并对他们的结构进行了系统分析与研究,揭示了它们的结构化学本质。例如,我们设计合成了第一例非密堆积型纯面体结构的层状共生氧化物Ca2PbGa8O15,其结构稳定与Pb2+的孤对电子效应及Ca/Pb离子有序密切相关。CaBa1-xPbxZn2Ga2O7的反常晶格扩张起源于Pb-O共价键协同晶格应力释放。此外,这些新型含镓氧化物都可以容纳一定的氧空位缺陷,但它们的三维骨架结构不利于氧离子长程迁来获得离子导电。通过本项目的研究,我们认识到具有低维柔性结构的含镓氧化物可能是潜在优异氧离子导体材料,这对定向设计合成高氧离子电导率的含镓复合金属氧化物具有重要的指导意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Color-tunable emissions via energy transfer in Bi3+ and Eu3+ doped beta-LaB5O9: Sol-gel synthesis and photoluminescence
通过 Bi3 和 Eu3 掺杂 β-LaB5O9 中的能量转移实现颜色可调发射:溶胶-凝胶合成和光致发光
DOI:10.1016/j.jlumin.2019.116880
发表时间:2020
期刊:Journal of Luminescence
影响因子:3.6
作者:Yang Ruirui;Qi Yuxuan;Gao Yan;Jiang Pengfei;Cong Rihong;Yang Tao
通讯作者:Yang Tao
Complex crystal structure and photoluminescence of Bi3+-doped and Bi3+/Eu3+ co-doped Ca7Mg2Ga6O18
Bi3掺杂和Bi3/Eu3共掺杂Ca7Mg2Ga6O18的复杂晶体结构及光致发光
DOI:10.1039/d1dt01087e
发表时间:2021
期刊:Dalton Transactions
影响因子:4
作者:Li Ju;Huang Jinmei;Jiang Pengfei;Gao Wenliang;Cong Rihong;Yang Tao
通讯作者:Yang Tao
Structure-induced Lewis-base Ga4B2O9 and its superior performance in Knoevenagel condensation reaction
结构诱导的Lewis基Ga4B2O9及其在Knoevenagel缩合反应中的优异性能
DOI:10.1016/j.mcat.2020.110914
发表时间:2020-07
期刊:Molecular Catalysis
影响因子:4.6
作者:Yang Yao;Wang Duo;Jiang Pengfei;Gao Wenliang;Cong Rihong;Yang Tao
通讯作者:Yang Tao
Unprecedented lattice volume expansion on doping stereochemically active Pb2 into uniaxially strained structure of CaBa1−xPbxZn2Ga2O7
将立体化学活性 Pb2 掺杂到 CaBa1-xPbxZn2Ga2O7 单轴应变结构中,出现前所未有的晶格体积膨胀
DOI:10.1038/s41467-020-14759-2
发表时间:2020
期刊:Nature Communications
影响因子:16.6
作者:Jiang Pengfei;Neuefeind Joerg C.;Avdeev Maxim;Huang Qinzhen;Yue Mufei;Yang Xiaoyan;Cong Rihong;Yang Tao
通讯作者:Yang Tao
Dopant and excitation wavelength dependent color tunability in Dy3+ and Eu3+ doped CaBi2B2O7 phosphors for NUV warm white LEDs
用于 NUV 暖白光 LED 的 Dy3 和 Eu3 掺杂 CaBi2B2O7 荧光粉中的掺杂剂和激发波长相关的颜色可调性
DOI:10.1016/j.materresbull.2019.110649
发表时间:2020
期刊:Materials Research Bulletin
影响因子:5.4
作者:Gao Yan;Li Yinhe;Sun Xiaorui;Jiang Pengfei;Cong Rihong;Yang Tao
通讯作者:Yang Tao
极性填充式鳞石英的设计合成、 晶体结构解析以及构效关系
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    江鹏飞
  • 依托单位:
极性碲(Ⅵ)酸盐的设计合成、晶体结构、磁结构以及构效关系研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    江鹏飞
  • 依托单位:
新型石榴石Na3Ln3Te4Zn6O24的晶体结构、钠离子导电性能以及荧光性质研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    江鹏飞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金