以單一模版導引的釩鎵磷酸鹽之水熱合成、晶體結構與性質研究

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研究生：	賴意淳 Lai, Yi-Chun
論文名稱：	以單一模版導引的釩鎵磷酸鹽之水熱合成、晶體結構與性質研究 Hydrothermal Synthesis, Crystal Structure and Property of Single Organic-templated Vanadium Gallium Phosphates
指導教授：	黃金花 Huang, Jin-Hua 王素蘭 Wang, Sue-Lein
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	153
中文關鍵詞：	釩鎵磷酸鹽、水熱合成
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摘要
本論文主要是利用中溫水熱合成法以單一有機模板合成混金屬釩鎵磷酸鹽化合物，並研究其合成條件、結構化學、化合物的熱穩定性、磁性表現與電子自旋共振光譜。
在本研究中共合成了五個釩鎵磷酸鹽，其中包括一個一維鏈狀結構、兩個二維層狀結構以及兩個三維多孔結構:

(C3H12N2)[(VO)2(GaO)2(PO4)4]•H2O (1)
(C3H12N2)1.5[(VO)2(GaO)2(PO4)3]•2.5H2O (2)
(C3H12N2)[(VOH2O)2Ga4(H2O)2(PO4)6]•2H2O (3)
(C3H12N2)[VxGa4-x(H2O)2(HPO4)(PO4)5]•2H2O (x ≈ 1.72) (4)
(C3H12N2)[V(GaO)(HPO4)(PO4)2] (5)

化合物1是一維鏈狀結構的釩(IV)鎵磷酸鹽。無機骨架主要由VO5四角錐共邊形成的雙聚體與兩個GaO4四面體相接形成的異金屬四聚體為二次建構單元，由四個PO4四面體連接成無限延伸的鏈狀結構。四個PO4四面體中，有兩個是帶有終端氧(μ2-O)的η2-PO4四面體。有機模板與無機骨架形成大量氫鍵，使結構能穩定存在。
化合物2是二維層狀結構的釩(IV)鎵磷酸鹽。其無機骨架與化合物1擁有相同的異金屬四聚體單元，由三個PO4四面體(η3-PO4、η4-PO4)連接成維度較高的層狀結構，層上有12員環窗口。
化合物3是具有多方向互相貫穿隧洞的三維釩(IV)鎵磷酸鹽，由VO5(H2O)八面體、GaO4四面體或GaO4(H2O)雙三角錐與PO4四面體組成兩種四員環基本單元，進而延展成三維結構。結構中最大隧洞窗口為12員環。化合物3的熱穩定性佳，失去配位水後，結構能繼續存在到325 oC左右。
化合物4是與文獻上鎵磷酸鹽為等結構的釩(III)鎵磷酸鹽，其三維結構由GaO4四面體、Ga/VO5(H2O)八面體和兩個PO4四面體形成S4R單元，連接成層後再透過HPO4四面體連接成三維結構。
化合物5是層狀釩鎵磷酸鹽結構，其釩原子經鑑定後發現為文獻中較少見的五價釩，有部分還原成四價釩。GaO6八面體共角形成無限鏈後，再透過VO4四面體和PO4四面體連結成無限延伸的層狀結構。有機模板出現在層與層之間。
這五個釩鎵磷酸鹽化合物為目前文獻不多的釩鎵磷酸鹽系統發掘出更多新穎結構型式，並透過性質研究，進一步了解其磁性性質與電子自旋共振光譜與結構之間的關係。

第一章緒論 .................................................................................................................1
1-1 孔洞材料的簡介與應用.................................................................................1
1-2 釩鎵磷酸鹽的簡介.........................................................................................4
1-3 研究目標........................................................................................................7
1-4 參考文獻........................................................................................................8
第二章研究方法 .......................................................................................................11
2-1 中溫水熱合成法..........................................................................................11
2-1-1 介紹...................................................................................................11
2-1-2 反應流程...........................................................................................13
2-1-3 實驗變因...........................................................................................13
2-2 實驗儀器與藥品..........................................................................................14
2-2-1 儀器部分: .........................................................................................14
2-2-2 藥品部分: .........................................................................................16
2-3 鑑定與性質分析..........................................................................................17
2-3-1 單晶X-光繞射實驗與晶體結構解析..............................................17
2-3-2 粉末X-光繞射實驗(PXRD)與晶體結構解析................................21
2-3-3 元素分析...........................................................................................22
2-3-4 熱重分析...........................................................................................22
2-3-5 磁性分析...........................................................................................23
2-3-6 電子自旋共振(ESR)光譜分析........................................................25
2-4 參考文獻......................................................................................................27
第三章釩鎵磷酸鹽化合物 .......................................................................................29
3-1 (H2DAP)3[(VO)2(GaO)2(PO4)4]·H2O (1).....................................................33
3-1-1 合成...................................................................................................33
3-1-2 晶體結構解析...................................................................................34
3-1-3 結構描述與討論...............................................................................35
3-1-4 鑑定與性質研究...............................................................................40
3-2 (H2DAP)1.5[(VO)2(GaO)2(PO4)3]·2.5H2O (2)..............................................47
3-2-1 合成...................................................................................................47
3-2-2 晶體結構解析...................................................................................48
3-2-3 結構描述與討論...............................................................................49
3-2-4 鑑定與性質研究...............................................................................53
3-3 (H2DAP) [(VOH2O)2Ga4(H2O)2(PO4)6]·2H2O (3)......................................60
3-3-1 合成...................................................................................................60
3-3-2 晶體結構解析...................................................................................61
3-3-3 結構描述與討論...............................................................................62
3-3-4 鑑定與性質研究...............................................................................67
3-4 (H2DAP)[VxGa4-x(H2O)2(HPO4)(PO4)4]·2H2O (4) .....................................75
3-4-1 合成...................................................................................................75
3-4-2 晶體結構解析...................................................................................76
3-4-3 結構描述與討論...............................................................................77
3-4-4 鑑定與性質研究...............................................................................82
3-5 參考文獻......................................................................................................91
第四章分析與討論 ...................................................................................................93
4-1 合成條件......................................................................................................95
4-2 晶體結構比較..............................................................................................99
4-3 性質比較....................................................................................................106
4-3-1 熱重分析(TGA) .............................................................................106
4-3-2 磁性分析.........................................................................................107
4-3-3 電子自旋共振(ESR)光譜比較......................................................108
4-4 參考文獻....................................................................................................110
第五章總結 ............................................................................................................. 111
5-1 實驗部分:...................................................................................................112
5-2 結構部分:...................................................................................................113
5-3 未來展望:...................................................................................................114
5-4 參考文獻:...................................................................................................115
附錄 A 化合物的結構解析、原子位置、鍵長鍵角與鍵價和資料表.................117
附錄 B 化合物的粉末X-Ray 繞射圖比對............................................................132
附錄 C 化合物的電子自旋共振光譜.....................................................................137
附錄 D 化合物5 的合成條件、結構描述、鑑定與性質研究.............................142

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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