Дизайн и направленный синтез новых неорганических сложных халькогенит галогенидов переходных металлов с открытыми структурами. НИР

Design and tailored synthesis of novel open-framework inorganic chalcogenite halides of transition metals

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Дизайн и направленный синтез новых неорганических сложных халькогенит галогенидов переходных металлов с открытыми структурами
Результаты этапа: Основываясь на развиваемой авторами концепции поиска новых неорганических фаз с открытыми структурами, включающей идеи дизайна расширенных кристаллических структур, стереохимического эффекта неподеленных электронных пар, спайсер-эффекта концевых галогенид ионов, правила валентных согласований, в соответствии с заявленным планом работы на первом этапе исследования по проекту методом кристаллизации из раствора в расплаве проведен поисковый синтез сложных теллурит галогенидов РЗЭ-Т (Т = Ni, Co), в результате которого обнаружены новые соединения общего состава Ln2Co(TeO3)2Cl4 (где Ln =Eu, Gd) и La2Co0.4(TeO3)2Br2.8; осуществлена структурная диагностика найденных фаз. Показано, что изоструктурные между собой хлоридные производные принадлежат к тетрагональной сингонии (пространственная группа P4/nbm) с параметрами элементарных ячеек а = 15.8928(6)А, с = 12.461(1)А (Ln =Eu) и а = 15.8323(7)А, с = 12.4729(1)А (Ln = Gd), а La2Co0.4(TeO3)2Br2.8 относится к ромбической сингонии (пространственная группа Abm2) с параметрами элементарной ячейки а = 12.546(3)A, b = 8.195(2)A, c = 16.39(2)A. Основу структуры Ln2Co(TeO3)2Cl4 (Ln =Eu, Gd) составляет слой параллельный основанию (ab), построенный из оксидных полиэдров РЗЭ, сочлененных между собой общими ребрами и гранями. Сверху и снизу (вдоль оси с) этот слой декорирован одношапочными квадратными антипризмами LnO4Cl5 (Ln =Eu,Gd), обобщающими свои кислородные вершины с вершинами оксидных полиэдров слоя. Между антипризмами LnO4Cl5 расположены атомы теллура, связанные с тремя атомами кислорода, принадлежащими в то же время оксид лантаноидному слою. Эти расширенные плоские фрагменты разделяются (вдоль оси с) слоями ионов кобальта, связанными только с атомами хлора, расположенными по конфигурации октаэдра. Структура La2Co0.4(TeO3)2Br2.8 построена схожим образом: плоские слои, сформированные искаженными десятивершинниками [LaO10] и восьмивершинниками [LaO8], декорированные оксидными полиэдрами теллура и искаженными одношапочными квадратными антипризмами [LaO4Br5] с расщепленной, статистически заполняемой позицией центрального катиона, разделяется слоями ионов кобальта, и структура в целом может быть описана как последовательность фрагментов [La2(TeO3)2]2+ и [Co0,4Br2,8]2-. Тестирована гидротермальная методика получения фаз в системах LnCl3.6H2O-TeO2-TCl2.6H2O (Ln =Nd, Dy; T = Co, Ni). В апробированных условиях наблюдали образование известных фаз и нового теллурит хлорида неодима. Методом кристаллизации из раствора в расплаве хлорида кадмия получены первые сложные селенит хлориды Ln-Cd (Ln = La, Ce). Диагностированные кристаллы новых фаз оказались двойниками, что пока что затруднило точное решение их структуры
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Дизайн и направленный синтез новых неорганических сложных халькогенит галогенидов переходных металлов с открытыми структурами
Результаты этапа: В соответствии с планом исследований по проекту на втором этапе работы кристаллизацией из раствора в расплаве хлорида кадмия получены новые сложные селенит хлориды РЗЭ-Cd для Ln = La, Sm; показано, что протяженность этих фаз вдоль лантаноидного ряда обрывается на гадолинии; новые фазы охарактеризованы рентгенографически. Синтезирована серия изоструктурных теллурит бромидов РЗЭ-Cd общего состава [Ln12(TeO3)12][Cd6Br24] (Ln = La – Nd), структурно схожих с аналогичными хлоридами. Получены новые представители сложных теллурит хлоридов РЗЭ-Со, тем самым расширено это обнаруженное нами ранее семейство в сторону «тяжелых» РЗЭ, по крайней мере, до тербия. Новые соединения диагностированы рентгенографическим способом. Синтезирован теллурит хлорид РЗЭ-К состава KNd3,5Te4O12,5Cl3, предложена модель его кристаллической структуры. Выявлен фазовый состав продуктов кристаллизации различных композиций оксидов кадмия, ванадия, теллура из раствора в расплаве хлорида кадмия; установлен фазовый состав продуктов взаимодействия компонентов на различных разрезах квазичетверной системы CdO-V2O5-TeO2-CdCl2; обнаружено существование искомого теллурит хлорида Cd-V.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Дизайн и направленный синтез новых неорганических сложных халькогенит галогенидов переходных металлов с открытыми структурами.
Результаты этапа: В соответствии с основной целью проекта – разработать подходы к направленному синтезу неорганических соединений с открытыми структурами на основе предложенной авторами концепции в классе сложных халькогенит галогенидов РЗЭ – методом кристаллизации из раствора в расплаве проведен поисковый синтез новых представителей искомого класса с участием катионов-партнеров разного типа, разного вида халькогенов и галогенов. Методом кристаллизации из раствора в расплаве хлорида кадмия синтезированы монокристаллы теллурит хлорида CdLa2(TeO3)2Cl4 и теллурит бромдов общего состава CdLn2(TeO3)2Br4 (Ln = La, Pr), установлены их кристаллические структуры, показано, что найденные фазы изоструктурны между собой и принадлежат к структурному типу CdSm2(TeO3)2Cl4 (P4/nbm), Тем самым расширен ряд хлоридных фаз, и показано существование бромидных соединений данного типа. Отсутствие их иодидных аналогов связывается с влиянием размерных факторов. Обнаружены сложные селенит хлориды Ln-Cd (Ln = La, Ce, Nd, Sm), кристллохимически схожие между собой, но отличные от описанных выше теллурит галогенидов РЗЭ-кадмия. Впервые синтезированы сложные теллурит галогениды РЗЭ с другими переходными металлами - Co, Mn: CoLn2Te2O6Cl4 (Ln = Eu, Gd), Mn6Nd12Te12O36Cl24, La2Co0.4(TeO3)2Br2, решены их кристаллические структуры. Показано, что указанные хлоридные производные принадлежат к семейству тетрагональных фаз (P 4/n b m), построенных упорядоченной последовательностью плоских лантаноид хальлоген оксидных фрагментов и слоев хлоридов переходного металла типа дефектного NaCl. Схожее строение имеет и La2Co0.4(TeO3)2Br2, однако статистическое заполнение одной из лантановых позиций и неполное заполнение кобальтовых обуславливают понижение симметрии (Abm2). Изучены фазовые соотношения на различных участках системы CdCl2-CdO-V2O5-TeO2, получить монокристальные образцы новых фаз в которой не удалось. Завершено изучение фаз Na2Ln3Cl3[TeO3]4 (Ln =Sm–Ho), методом кристаллизации из раствора в расплаве KCl или SrCl2 выращены кристаллы новых теллурит галогенидов РЗЭ-s-металлов: KNd3,5Te4O12.5Cl3, La9Sr2,5Te12O36Cl8, Ln4Sr(TeO3)4Cl6 (Ln = Ce, Nd, Sm), Sm8Sr4Te12O36Br8,011, решены структуры хлоридных фаз. Показано, что натриевые соединения образуют ряд изоструктурных между собой фаз (С2/с), отличных от структур KNd3,5Te4O12.5Cl3 (Р21) и известных Cs7Sm11Cl16[TeO3]12, Rb7Nd11Br16[TeO3]12 (I4/mcm). Выявлено, что специфической особенностью структур с участием ЩЗМ оказывается совместное замещение атомами ЩЗМ и РЗЭ одних и тех же кристаллографических позиций, часто без формирования «собственных» позиций ЩЗМ. Показано, что все структуры сложных халькогенит галогенидов РЗЭ в первом приближении могут трактоваться как последовательность плоских лантаноид халькогенитных фрагментов схожего строения и галогенидных прослоек катиона-партнера, и основные структурные различия фаз разных семейств рассматриваемого класса связаны главным образом со спецификой построения этих слоев.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".