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新型MnPS_3和MoS_2夹层化合物的设计、合成与性能

周惠琼  
【摘要】:夹层化学是一门古老而新兴的研究领域,与化学、物理、材料、生物等众多学科密切相关。夹层反应将各种无机、有机或复合物客体插进层状无机主体层间,形成一系列种类繁多、性质各异的夹层化合物。由于主客体间的相互作用,夹层化合物常常展现出较单纯主、客体更为丰富的光、电、磁、催化等性能,因而成为功能材料领域的研究热点之一。 本论文由四部分研究工作组成。第一部分(第二章)是研究以氮氧自由基MPYNN为客体,硫代亚磷酸锰(MnPS_3)、二硫化钼(MoS_2)为主体形成的夹层化合物的合成、组成与结构鉴定及其电、磁学性质。第二部分(第三、四章)是研究以氨基酸分子为客体,硫代亚磷酸锰(MnPS_3)、二硫化钼(MoS_2)为主体的夹层化合物的合成、组成与结构鉴定及其电、磁学性质。第三部分(第五章)研究以N-取代吡咯衍生物及其聚合物为客体,硫代亚磷酸锰(MnPS_3)、二硫化钼(MoS_2)为主体的夹层化合物的合成、结构和电、磁学性质。第四部分(第六章)则采用XRD监测了DMSO与MnPS_3的反应过程,并探索以DMSO为溶剂,MnPS_3直接夹层反应的可能性。 第一章综述了夹层化合物的合成、结构和性能等方面的最近研究进展,特别是以过渡金属硫代亚磷酸盐和过渡金属二硫化物为主体的夹层化合物的研究状况,在此基础上提出了本论文工作的设计思想和研究内容。 第二章以氮氧自由基为客体分别与无机层状主体MnPS_3、MoS_2反应合成了两个新的夹层化合物(MPYNN)_(0.14)Mn_(0.93)PS_3与(MPYNN)_(0.13)MoS_2。根据X-射线粉末衍射分析,发现这两个夹层化合物的夹层间距扩大值均为5.63(?),表明客体自由基MPYNN均采取了其吡啶环或咪唑环垂直于主体层的排列方式。其红外光谱发现夹层后游离自由基的N-O伸缩振动由原来的1377cm~(-1)分别移至1383cm~(-1)、1381cm~(-1)。采用SQUID技术研究了它们的磁学性质,(MPYNN)_(0.14)Mn_(0.93)PS_3在高温区表现为顺磁性,在7K左右发生了一个较弱的亚铁磁相变,该磁相变有可能源于MPYNN与MnPS_3相互作用。(MPYNN)_(0.13)MoS_2则仅仅展现了顺磁性。用四探针法对(MPYNN)_(0.13)MoS_2的粉末压片进行了变温电导率测试,在300-120k区间,表现出半导体特征,而小于120K区间,电阻骤然增大,转变为绝缘体。其室温电导率为2.5×10~(-3)S/cm,导电激活能E_a=0.16eV,导电性质比纯主体MoS_2有所提高。 第三章通过离子交换法合成了氨基酸与MnPS_3的三个夹层化合物Mn_(0.88)PS_3(Arg)_(0.25)、Mn_(0.84)PS_3(His)_(0.34)、Mn_(0.83)PS_3(Lys)_(0.35)。通过X-射线粉末衍射(XRD)、红外光谱、元素分析对该系列夹层化合物的结构组成进行了鉴定,并对客体排列方式进行了探讨。根据该系列夹层化合物的层间距扩大值(分别为4.47(?)、4.07(?)、3.76(?)),推断氨基酸客体分子在主体层间以单分子层方式排列,且


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