液相体系晶须生长机理:拓展的ACP机制
发布时间：2021-02-01 11:47
晶须生长机制一直备受关注,然而"晶须到底是怎样生长为条状的?"这一科学问题始终未能得到解决。传统晶须生长机制不适用于液相体系晶须生长。本文试图提出液相体系晶须生长机制应为拓展的ACP（Anion Coordination Polyhedron）机制。因为传统的晶须生长机制未能解释液相体系晶须的生长形态,也未能解释晶须的多样性以及指导人工可控晶须生长。拓展的ACP生长机制克服了这些问题,并有效地指导人工晶须生长。
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
一种镁石晶须的SEM照片
第一,在液相晶须生长体系中,起主要联结作用的生长基元必须具备“一维方向联结优势” 的空间结构特征。也就是基元在三维空间联结时有一个方向的联结特别有优势,这是晶体生长为晶须的必要条件。并且,这些基元结构必须比较匹配。这里的匹配是指多面体构型一致(比如都是四面体等),基元之间的键长、键角相等或接近。具有“一维方向联结优势” 空间结构特征不仅是晶体往一维方向生长以形成晶须的必要条件,同时也是基元往一维方向联结生长的驱动力所在。目前发现四面体结构的基元具备“一维方向联结优势”。例如,[Mg-(OH)4]2-、[Mg-Cl4]2-、[Zn-(OH)4]2-等。低浓度的碱或近中性体系下易形成四面体[M-(OH)4]x-(M表示金属离子)生长基元。因此,在设计制备晶须实验时,应尽量在弱碱或近中性的介质下进行。否则在高浓度碱下因易形成其他多面体基元而难以生长为晶须。如果生长基元不具备这种“一维方向联结优势” 的空间结构特征,则很难生长为晶须,而只能生长为片状或其他形状的晶体。至于为什么四面体基元具有“一维方向联结优势”,下面通过[Mg-(OH)4]2-相互间的联结予以说明。图2示出了一维方向联结优势的过程。图2(a)用简单线图示出了单个[Mg-(OH)4]2-基元的结构。在2(a)中,镁离子位于4条线交点(即中心),4个羟基位于线段末端。2(b)示出了两个四面体[Mg-(OH)4]2-基元联结后的形态,两个基元是通过羟基脱水后联结,联结处只留下一个氧(这个氧也可以再俘获一个氢离子组成一个虚拟的羟基)。2(c)示出了在2(b)的两端再分别与1个基元相联结的形态,并标记左端联结点的氧为O1,右端联结点的氧为O2,目的是为了方便讨论。同样,2(d)再示出了在2(c)的两端再分别与1个基元相联结的形态。观察从2(b)到2(d),很容易发现基元沿着直线O1O2的联结是最具优势的,因为这样的联结最匹配、最易实现,其他方向均不具优势,这样的联结也就实现了一维方向匹配联结。现再从图2去说明“最匹配、最易实现”,从图2(b)开始,如果有两个基元相碰撞,显然每个基元各提供3个羟基进行联结,这样的联结当然是最牢固的,且还未产生联结的羟基处于同一直线上,所以可以说,一开始两个基元联结时就奠定了晶体直线生长的基础。处于同一直线上的羟基还处于游离态,将继续和其他基元的羟基相联结,一旦联结,即得图2(c)。2(c)的两端再接纳基元的联结,便可得到2(d),如此联结后,最终便成为直线状的晶须。联结的每一步都可看出,除了直线O1O2方向,其他的方向都是不适宜、不匹配的。例如假设从2(c)开始,某个基元欲参与联结时,它只能匹配地从2(c)的两端进行,也就是自身提供3个羟基,与2(c)的任何一端通过羟基脱水相连,这样的联结最牢固,其他任何地方都不宜联结。当然直线联结不可能无穷尽,一是因为体系有对流存在,直线增长后杠杆力矩增大,总有一刻末端由于力矩较大而达到联结与解离平衡。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis and Structural Analysis of LDH-SO4-CO3 Whisker[J]. 吴健松,YANG Yifeng. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2019(05)
[2]煅烧对半水硫酸钙晶须稳定化的影响[J]. 范浩,宋兴福,许妍霞,于建国. 华东理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]Mg6Al2（OH）13CO3Br1.6Cl1.4·5.5H2O晶须的合成及其结构分析[J]. 吴健松. 厦门大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]LDH-CO3-SO4-Cl晶须的合成及其结构[J]. 吴健松,赵思娜,林志仙,魏文君. 中山大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]综合利用稻壳制备木糖、电容炭与硅酸钙晶须[J]. 隋光辉,程岩岩,陈志敏,魏庆玲,王晓峰,杨晓敏,王子忱. 高等学校化学学报. 2019(02)
[6]Liquid precipitation and microstructure of Mg6Al2（OH）15NO3CO3·4H2O whiskers[J]. 吴健松. Journal of Chongqing University（English Edition）. 2018(04)
[7]钙法分步结晶制备碱式硫酸镁晶须[J]. 王一瑩,孙玉柱,于建国. 无机盐工业. 2018(11)
[8]HTlc-SO4-CO3-I晶须的合成及其结构分析[J]. 吴健松,蓝晓欣,魏文君. 化学研究与应用. 2018(11)
[9]pH值对Mg2（OH）2CO3·3H2O晶须生长机制的影响[J]. 吴健松. 人工晶体学报. 2018(11)
[10]碱式碳酸镁晶须晶胞的形成过程及其属性[J]. 吴健松,伍思韵,林志仙,杨轶凤,赵思娜. 中山大学学报(自然科学版). 2018(06)
博士论文
[1]低维ZnO材料的外场制备、结构与性能研究[D]. 王琳.武汉理工大学 2006
本文编号：3012721
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
一种镁石晶须的SEM照片
第一,在液相晶须生长体系中,起主要联结作用的生长基元必须具备“一维方向联结优势” 的空间结构特征。也就是基元在三维空间联结时有一个方向的联结特别有优势,这是晶体生长为晶须的必要条件。并且,这些基元结构必须比较匹配。这里的匹配是指多面体构型一致(比如都是四面体等),基元之间的键长、键角相等或接近。具有“一维方向联结优势” 空间结构特征不仅是晶体往一维方向生长以形成晶须的必要条件,同时也是基元往一维方向联结生长的驱动力所在。目前发现四面体结构的基元具备“一维方向联结优势”。例如,[Mg-(OH)4]2-、[Mg-Cl4]2-、[Zn-(OH)4]2-等。低浓度的碱或近中性体系下易形成四面体[M-(OH)4]x-(M表示金属离子)生长基元。因此,在设计制备晶须实验时,应尽量在弱碱或近中性的介质下进行。否则在高浓度碱下因易形成其他多面体基元而难以生长为晶须。如果生长基元不具备这种“一维方向联结优势” 的空间结构特征,则很难生长为晶须,而只能生长为片状或其他形状的晶体。至于为什么四面体基元具有“一维方向联结优势”,下面通过[Mg-(OH)4]2-相互间的联结予以说明。图2示出了一维方向联结优势的过程。图2(a)用简单线图示出了单个[Mg-(OH)4]2-基元的结构。在2(a)中,镁离子位于4条线交点(即中心),4个羟基位于线段末端。2(b)示出了两个四面体[Mg-(OH)4]2-基元联结后的形态,两个基元是通过羟基脱水后联结,联结处只留下一个氧(这个氧也可以再俘获一个氢离子组成一个虚拟的羟基)。2(c)示出了在2(b)的两端再分别与1个基元相联结的形态,并标记左端联结点的氧为O1,右端联结点的氧为O2,目的是为了方便讨论。同样,2(d)再示出了在2(c)的两端再分别与1个基元相联结的形态。观察从2(b)到2(d),很容易发现基元沿着直线O1O2的联结是最具优势的,因为这样的联结最匹配、最易实现,其他方向均不具优势,这样的联结也就实现了一维方向匹配联结。现再从图2去说明“最匹配、最易实现”,从图2(b)开始,如果有两个基元相碰撞,显然每个基元各提供3个羟基进行联结,这样的联结当然是最牢固的,且还未产生联结的羟基处于同一直线上,所以可以说,一开始两个基元联结时就奠定了晶体直线生长的基础。处于同一直线上的羟基还处于游离态,将继续和其他基元的羟基相联结,一旦联结,即得图2(c)。2(c)的两端再接纳基元的联结,便可得到2(d),如此联结后,最终便成为直线状的晶须。联结的每一步都可看出,除了直线O1O2方向,其他的方向都是不适宜、不匹配的。例如假设从2(c)开始,某个基元欲参与联结时,它只能匹配地从2(c)的两端进行,也就是自身提供3个羟基,与2(c)的任何一端通过羟基脱水相连,这样的联结最牢固,其他任何地方都不宜联结。当然直线联结不可能无穷尽,一是因为体系有对流存在,直线增长后杠杆力矩增大,总有一刻末端由于力矩较大而达到联结与解离平衡。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis and Structural Analysis of LDH-SO4-CO3 Whisker[J]. 吴健松,YANG Yifeng. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2019(05)
[2]煅烧对半水硫酸钙晶须稳定化的影响[J]. 范浩,宋兴福,许妍霞,于建国. 华东理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]Mg6Al2（OH）13CO3Br1.6Cl1.4·5.5H2O晶须的合成及其结构分析[J]. 吴健松. 厦门大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]LDH-CO3-SO4-Cl晶须的合成及其结构[J]. 吴健松,赵思娜,林志仙,魏文君. 中山大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]综合利用稻壳制备木糖、电容炭与硅酸钙晶须[J]. 隋光辉,程岩岩,陈志敏,魏庆玲,王晓峰,杨晓敏,王子忱. 高等学校化学学报. 2019(02)
[6]Liquid precipitation and microstructure of Mg6Al2（OH）15NO3CO3·4H2O whiskers[J]. 吴健松. Journal of Chongqing University（English Edition）. 2018(04)
[7]钙法分步结晶制备碱式硫酸镁晶须[J]. 王一瑩,孙玉柱,于建国. 无机盐工业. 2018(11)
[8]HTlc-SO4-CO3-I晶须的合成及其结构分析[J]. 吴健松,蓝晓欣,魏文君. 化学研究与应用. 2018(11)
[9]pH值对Mg2（OH）2CO3·3H2O晶须生长机制的影响[J]. 吴健松. 人工晶体学报. 2018(11)
[10]碱式碳酸镁晶须晶胞的形成过程及其属性[J]. 吴健松,伍思韵,林志仙,杨轶凤,赵思娜. 中山大学学报(自然科学版). 2018(06)
博士论文
[1]低维ZnO材料的外场制备、结构与性能研究[D]. 王琳.武汉理工大学 2006
本文编号：3012721
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