磷硅酸盐微结构及其拉曼光谱的量子化学计算

构建了系列典型的磷硅酸盐团簇结构模型,应用量子化学从头计算方法研究了磷硅酸盐的精细结构,选用Restricted Hartree-Fock(RHF)方法以及6-31G(d)基组优化空间几何构型,并计算了其拉曼光谱,同时引入硅氧四面体应力指数(SIT)分析和讨论了磷氧四面体对硅氧四面体微环境的影响。研究表明,磷硅酸盐高频区硅氧四面体非桥氧的对称伸缩振动频率不仅与非桥氧所处的硅氧四面体本身的种类有关,同时也与其邻接四面体种类及成环状况有关;磷氧四面体具有较强的键角调节和应力传导能力,使得硅氧四面体的振动频率相对键角不敏感;硅氧四面体非桥氧的对称伸缩振动频率随硅氧四面体应力指数(SIT)的增加而增加,并呈线性关系。     

链状硅酸盐矿物的拉曼光谱研究

本文基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势法,利用CASTEP计算模块对四种典型链状(铝)硅酸盐矿物进行拉曼振动活性与拉曼光谱的模拟计算,同时测定了矿物的拉曼光谱,确定了四种矿物拉曼振动谱峰的归属,并结合硅氧四面体应力指数(SIT)进行了分析。结果表明,CASTEP计算模块可以有效获知(铝)硅酸盐矿物特征结构的拉曼振动模式的归属;链状(铝)硅酸盐矿物硅氧四面体局域环境与SiOT非桥氧对称伸缩振动波数之间的关系仍可用SIT指数描述。     

二元碱金属硅酸盐精细结构和拉曼光谱的从头计算研究

应用量子化学从头计算方法研究了二元碱金属硅酸盐的精细结构,对典型的系列二元碱金属硅酸盐离子簇模型采用6-31G(d)基组和闭壳层Hartree-Fock(RHF)方法优化构型,并计算了二元碱金属硅酸盐的拉曼光谱,采用硅氧四面体应力指数这一精细结构参数分析和讨论了计算得到的非桥氧高频区对称伸缩振动频率和其拉曼光学活性,以及不同阳离子对该拉曼光学活性的影响。研究表明,二元碱金属硅酸盐非桥氧高频区对称伸缩振动频率与其精细结构密切相关,而且与Q₃相连的Q₄会对该Q₃的拉曼光学活性表现出增强作用。这说明二元碱金属硅酸盐的拉曼散射等性质主要依赖于其精细结构而非其初级结构单元-硅氧四面体。研究还表明,半径较大的阳离子有利于增强离子簇的拉曼光学活性,但对于小的离子簇,过多的电荷迁移反而会起到抑制作用。     

NaF-AlF3二元系铝氟四面体团簇结构的拉曼光谱表征与量子化学从头计算

本文构建了一系列NaF-AlF3二元系铝氟四面体团簇结构模型, 应用量子化学从头计算方法, 采用Restricted Hatree-Fock(RHF)自洽场方法和6-31G(d)基组对结构进行优化, 并用相同的方法和基组进行分子振动模式的模拟计算。考虑相邻铝氟四面体的影响, 引入四面体应力指数(SIT)的概念分析和讨论该二元系高频区非桥氟对称伸缩振动及中频区桥氟对称弯曲振动模式。研究表明, 高频区铝氟四面体非桥氟对称伸缩振动频率与其铝氟四面体的种类(Qi)密切相关, 且铝氟四面体非桥氟对称伸缩振动频率的值随SIT值的增大而增大, 呈现较好的线性关系。同时, NaF-AlF3二元系团簇结构的中频区桥氟对称弯曲振动频率主要受桥氟角度的影响。并采用高温拉曼仪测定了分子比为NaF:AlF3 =1∶2体系的升温拉曼光谱, 随着温度的升高NaF:AlF3 =1∶2体系的主峰逐渐向低频移动, 观察到Q0、Q1、Q2峰位的变化。     

包头矿的拉曼光谱

本文报道了我国发现的一种含大量Ba、Ti和Nb的硅酸盐类新矿物－包头矿的拉曼光谱特征,着重讨论了拉曼光谱带的归属问题,确定了包头矿中钛氧八面体和硅氧四面体的主要拉曼光谱的振动频率,进一步为包头矿的矿物学增添了谱学新资料。     

Na_2O-Al_2O_3二元系团簇微结构与特征拉曼振动波数的相关性

针对含铝四配位Na_2O-Al_2O_3二元系熔体团簇结构,构建了九种团簇模型,并对其拉曼振动波数和散射活性进行了密度泛函理论(DFT)计算。微结构的命名参考了硅酸盐体系的命名规则~([1]),其中Al-O四面体简记为Qi(i为桥氧数)。分析表明,Na_2O-Al_2O_3二元系团簇中Q_2和Q_3微结构单元中Al-O_(nb)(non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长呈现线性相关性。Q_2和Q_3微结构中铝氧键长随着参与成环铝氧四面体的数目的增加而增加,这些相关性有助于Na_2O-Al_2O_3二元系熔体中铝氧四面体连接方式及团簇的诊断和鉴别。     

xCaSiO3·LiBO2固溶体中硅氧四面体微结构形态的拉曼光谱研究

本文测定了xCaSiO3*LiBO2(重量比,x=0, 0.25, 0.33, 0.50)系列的拉曼光谱,分析了硅氧四面体的微结构形态及其随SiO2 浓度的变化.结果表明,在所研究的浓度范围内,其微结构单元,即Qi ( i = 0～4) 均以孤立的硅氧四面体存在,且随SiO2 浓度的增加, Q2, Q4 的丰度有明显增加;此外,硅氧四面体的伸缩振动谱峰的积分强度总和与SiO2 浓度呈线性相关,为采用拉曼光谱直接分析矿物、炉渣、玻璃和土壤中的SiO2 提供了可能.     

硅酸盐熔体微结构单元的对称伸缩模的拉曼散射系数

通过一种新开发的模拟计算方法，计算了硅酸钠熔体的拉曼谱，及其在高频区代表5种硅氧 四面体(用Qi表示，其中i表示桥氧数)的特征峰的拉曼散射系数Si，发现成分的变化对5 种Qi的特征峰的拉曼散射系数的影响非常小.在此基础上取平均分别得到：S0=1,S1=0 ．514,S2=0242,S3=0090和S4=0015然后将计算得到的散射系数应用于二硅酸 钠熔体的实验谱图的定量分析中，得到了该熔体中硅氧四面体单元的分布.同时从计算与试 验谱图的定量解谱中发现，钠系硅酸盐熔体谱中Q0和Q2的ASS模所产生的散射信号 不容忽视. 关键词： 拉曼散射系数 硅氧四面体 硅酸盐熔体 高温拉曼谱     

Tb掺杂的硅铝酸盐的拉曼光谱及其荧光光谱研究

采用高温固相法制备不同浓度Tb元素掺杂的硅铝酸盐荧光材料。当烧结温度为1 350 ℃时其荧光强度达到最大值。通过X射线衍射图谱可知体系中基质材料为CaAl₂Si₂O₈,Tb元素以Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂相存在。通过拉曼光谱分析可知,870 cm-1处振动峰与Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂中Tb与硅氧四面体的伸缩振动相关;Tb原子与硅氧四面体之间的弯曲振动产生408 cm-1振动峰。随着Tb掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Tb元素与硅氧四面体匹配数量逐渐增加,当Tb掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。采用325 nm激光作为激发光源,用拉曼光谱仪的光致发光测量模式产生的峰形与传统荧光分光光度计的光谱曲线一致,但其光谱分辨率明显高于传统荧光分光光度计获得的光谱,有助于对细微能级跃迁现象加以区分。     

铝硅酸盐Raman活性分子振动解析

分别测定了蓝晶石、红柱石和硅线石三种铝硅酸盐天然矿物晶体以及K₂O-Al₂O₃-SiO₂三元铝硅酸盐玻璃的Raman光谱。构建了一组硅铝四面体聚集体结构模型,采用量子化学自洽场分子轨道从头计算的方法计算了其Raman振动频率。分析研究了上述Raman光谱振动特征,确定了特征谱峰的归属,解析了铝对铝硅酸盐Raman活性分子振动特征的影响。结果表明,随四配位铝的增加,导致800～1 200 cm-1波数区间内谱峰频率降低,该区间的谱峰是Si—O_nb间非桥氧对称伸缩振动引起的,其中不含Al—O振动;700～800 cm-1区间内出现的谱峰归属于Al—O_nb间非桥氧的对称伸缩振动。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

二元碱金属硅酸盐玻璃团簇结构的拉曼散射活性及其阳离子效应

提出一种拉曼光谱校正方法.通过计算二元碱会属硅酸盐团簇基元的拉曼光谱,对实验光谱高频区的非桥氧(Onb)对称伸缩振动的强度进行了校正,从而建立谱峰强度和团簇实际浓度的直观相关关系,同时,分析研究了二元碱金属硅酸盐玻璃阳离子对谱峰强度的影响.校正后的拉曼光谱可以真实地显示同化学成分的二元碱金属硅酸盐玻璃表观实验拉曼谱峰强...     

硅铝酸盐基底材料中Dy3Al2（AlO4）3的拉曼光谱及其荧光光谱特征研究

采用高温固相法合成不同浓度Dy元素掺杂的以硅铝酸盐为基底的荧光材料。通过X射线衍射物相分析可知,其主要物相组成中含有Dy3Al2(AlO4)3。通过拉曼光谱分析可知,在该体系中,874.5 cm^-1处振动峰与Dy和铝氧四面体之间伸缩振动相关,随着Dy掺杂量的增加,其拉曼峰强度呈现先增后减的变化规律;另外429.9 cm^-1处测得的振动峰与Dy和铝氧四面体结构之间的弯曲振动相关。随着Dy掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Dy元素与铝氧四面体匹配数量逐渐增加,当Dy掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。与Tb元素掺杂相比,两种体系材料的拉曼光谱峰形有很大的相似性,又存在细微差异。其中Tb元素掺杂体系材料的拉曼振动峰处于870.0和408.0 cm^-1处。两种不同元素掺杂的荧光材料其荧光强度变化规律具有一致性,表明稀土元素与铝(硅)氧四面体匹配数量是决定材料荧光性能的关键因素。     

在200℃和0.95～7.70GPa下天然斜绿泥石的拉曼光谱特征

在200℃,0.95~7.70 GPa下,利用激光拉曼光谱技术研究了天然斜绿泥石晶体结构随压力的变化。在200℃,斜绿泥石481和786 cm-1谱峰随压力增加有规律地向高频方向偏移,拉曼位移(N,cm-1)与压力(P,GPa)的线性关系分别为:N=11.136P+482.6(R2=0.987 4)和N=5.055P+785.7(R2=0.983 7)。由于四面体层T阳离子与TOT层八面体M阳离子之间产生强烈的排斥作用,使Si—Onb键能增强,导致硅氧四面体层中Si—Onb键伸缩振动的865 cm-1谱峰随压力没有明显的频移。481和786 cm-1谱峰分别对应斜绿泥石晶体结构中M4八面体中M—Obr伸缩振动和Si—Obr—Si伸缩振动,频移说明M—Obr和Si—Obr键长缩短。在实验条件下绿泥石没有发生相变。研究结果说明,在某些冷俯冲带,绿泥石至少在80~90 km深部可能稳定存在,绿泥石脱水及其产生的流体可能是俯冲带地震孕育和发生的重要因素。     

碱金属钨酸盐晶体与熔体微结构与特征拉曼振动波数的相关性

本文选取了5种锂钨酸盐晶体结构,搭建了8种含Na+阳离子的团簇模型,并分别基于MS(materials studio)软件的CASTEP(cambrigde serial total energy package)模块和Gaussian09软件对其拉曼振动波数和散射活性进行了DFT(密度泛函理论)计算。通过分析,发现晶体中W-Onb(non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长的减小而增大,在熔体中也存在类似关系。为反映局部应力对W-Onb键对称伸缩振动波数的影响,在本工作中分别对晶体和熔体中的微结构进行了指认。结果表明,在Li_2O-WO_3二元系中,构成晶体的主要阴离子基团为[WO_6]~(6-),且该基团W-Onb键的对称伸缩振动波数随着桥氧数的增大而增大;在熔体中W-Onb键的对称伸缩振动波数一般为[WO_4]~(2-)[WO_5]~(4-)[WO_6]~(6-),且当W-O基团确定后,该振动波数会随着桥氧数的增大而增大。该相关性有助于碱金属钨酸盐晶体及熔体结构中阴离子基团的诊断与鉴别。本文测定了A2WnO3n+1(A=Li,Na,K;n=1,2,3)共9种成分熔体的原位拉曼光谱,以验证该相关性。     

石榴石金属离子含量与拉曼位移的定量关系研究

本文通过研究RRUFF数据库中12件石榴石样品的拉曼光谱,发现随着金属离子相对含量的变化,特征峰的拉曼位移有规律地偏移,并据此建立了镁铝榴石-铁铝榴石系列中样品的二价阳离子铁镁含量比率与硅氧四面体旋转振动和Si-O伸缩振动拉曼位移的线性关系模型,相关系数分别为0.979和0.986,并用交叉验证法检验了线性模型的可靠性。本文提出的利用拉曼位移进行相对定量分析的方法,可以为拉曼光谱的定量分析提供新的研究思路。     

硅酸盐晶体中四面体微结构单元的点群分析

通过群论的方法对硅酸盐晶体中5种Si-O四面体单元的对称性进行了分析,得到5种四面体单元振动的不可约表示,然后在此基础上,通过特征标投影算符法推导计算了由内坐标到对称坐标的转换矩阵,以用于四面体单元振动光谱的计算以及拉曼和红外光谱中谱带的指代和性质分析.     

二甲基硅硼烷,o-(SiMe)_2B_(10)H_(10),振动光谱的理论研究

本文利用高斯 94从头计算程序在 6- 31 G基组下对二甲基硅硼烷 ,o- (Si Me) 2 B1 0 H1 0 ,进行几何优化及振动光谱的理论计算 ,并对主要谱带特性进行指认 ,结果与实验基本符合。振动模式分析表明 450 cm-1 以下的两个强带中 32 6cm-1 (计算值为 369cm-1 )似乎是两个 Si原子相对笼骨架中其余 B原子整体的伸缩振动 ,而 399cm-1 (计算值为 42 1 cm-1 )则为 Si- Si(及其联带的 C原子一起参与的 )对称伸缩振动。优化几何及振动光谱的研究表明重的杂原子硅占据二十面体硼笼骨架位置后使笼结构的刚性弱化     

SiO2纳米线中拉曼光谱的理论研究

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,对二元环组成的SiO2单链、双链纳米线进行几何优化,并对其拉曼振动频率进行计算。结果发现,在两种链状结构的拉曼光谱中,拉曼频移和强度随尺寸的增加单调变化,存在纳米体系中的尺寸效应与各向异性现象。双链两端Si=O的伸缩振动尺寸效应的依赖性大于单链。     

尿素和尿素—Fe配位化合物的晶格振动光谱研究

采用直接固相反应将尿素与氯化铁(摩尔比6∶1)混合,经充分研磨合成了尿素铁盐配位化合物,并对其拉曼光谱和红外吸收光谱进行了研究。由于金属原子的影响,尿素分子的一些特征振动频率发生了变化:CO伸缩振动和NH2的对称弯曲振动的频率下降;而CN伸缩振动和NH2反对称弯曲振动的频率增加。对尿素以及尿素—Fe(III)的晶格振动模进行了识别。研究结果表明:Fe与尿素中的氧原子发生了配合而形成配位物。