具有高效析氧催化性能的铁基双元金属有机框架纳米棒研究（英文）

析氧反应(OER)是电解水制氢的关键步骤,开发高效、稳定、廉价的OER电催化剂是目前该领域的研究热点.碱性电解液中的OER电催化剂成分以Mn、Fe、Co、Ni等为主,其中单一组分的Fe基化合物催化活性不高,但碱性电解液中的痕量铁杂质极易掺入Ni、Co等非Fe基材料的结构中,极大影响其OER催化性能,即现有大部分非Fe基化合物无法回避Fe的影响.为探究Fe基多金属电催化剂的活性规律,本文以结构清晰、组分可控的Fe基金属有机框架材料为基底,通过掺入Mn、Co、Ni等元素构建双元金属化合物Fe_2M-MIL-88B(M=Mn, Co, Ni),并围绕上述Fe基双金属电催化剂的构效关系展开研究.扫描电镜、透射电镜、X射线衍射光谱、红外光谱等表征结果表明,所制备的Fe基双金属材料均为具有MIL-88B构型的纳米棒,其特征三核金属簇Fe_3O中的一个铁原子被第二元金属所替代,从而形成相应的三核混合金属簇Fe_2MO.上述Fe基双金属催化剂的析氧催化活性顺序为:Fe_2Ni Fe_2Co Fe_2Mn Fe (0.1 M KOH电解液).其中, Fe_2Ni-MIL-88B电催化剂在10 mA cm~(2-)析氧电流对应的过电位仅需307 mV,明显低于OER基准电催化剂20 wt%Ir/C(376 mV).结合材料的元素组成、电化学活性比表面积(ECSA)及金属价态分析发现,第二元金属的引入会在不同程度上降低Fe的价态,其中Ni的影响程度最大, Co次之, Mn的影响最小.借助分子轨道理论对上述实验现象进行了解释.处于低自旋态的Ni~(2+)与邻近桥氧O~(2-)之间存在电子排斥作用,因此部分电子将从Ni~(2+)经O~(2-)转移至高自旋态的Fe3+,从而在Ni2+和Fe3+之间形成了较强的电子耦合作用.Co~(2+)具有和Ni~(2+)相似的构型,但影响稍小.而Mn~(2+)和Fe~(3+)同为高自旋态,对Fe~(3+)的电子结构影响最小,导致活性改善程度最低.密度泛函理论计算得到的自旋态变化情况印证了上述推测.该系列Fe基双金属材料的催化性能主要受金属活性位点的电子结构影响, Fe与邻近金属间形成的电子耦合作用修饰了金属活性位点的电子结构,从而提高了材料的OER本征催化活性.     

金属有机框架衍生的阳离子调控金属硫化物增强析氧反应活性（英文）

析氧反应(OER)在电化学能源存储与转化技术(例如,电解水与金属-空气电池)中扮演着至关重要的角色.OER涉及四个电子的连续转移,动力学较为缓慢,因此需要较高的过电位来驱动反应进行,这严重限制了其在电化学储能和转换系统中的应用.IrO₂和RuO₂等贵金属基催化剂资源稀缺、价格高昂,因此,开发高活性、高稳定性及低成本的OER电催化剂显得尤为重要,并且极具挑战.杂原子掺杂是一种有效提升过渡金属化合物OER电催化剂活性的策略,但是当前对其本征活性位点的识别及活性提升机制的研究仍然不足.本文提出了一种阳离子掺杂策略,通过引入金属阳离子调控多金属组分的电子结构,优化OER中间体吸附能,进而提升OER活性.通过简单的一步热解硫化钴镍双金属有机框架材料前驱体,成功制备了Ni掺杂CoS/氮掺杂介孔碳(Ni-CoS/NC)复合结构电催化剂;并采用循环伏安法研究了其电化学行为与OER性能,结合谱学研究结果与密度泛函理论(DFT)计算,从原子层面揭示了OER条件下真实活性位点及掺杂型电催化剂的活性提升机制.电化学研究结果表明,所制备Ni-CoS/NC催化剂在1.0...     

具有高效析氧催化性能的铁基双元金属有机框架纳米棒研究

析氧反应(OER)是电解水制氢的关键步骤,开发高效、稳定、廉价的OER电催化剂是目前该领域的研究热点.碱性电解液中的OER电催化剂成分以Mn、Fe、Co、Ni等为主,其中单一组分的Fe基化合物催化活性不高,但碱性电解液中的痕量铁杂质极易掺入Ni、Co等非Fe基材料的结构中,极大影响其OER催化性能,即现有大部分非Fe基...     

选择性硒掺杂提高NiFe2O4/NiOOH异质结电催化析氧性能

氢能具有能量密度高、清洁无污染等优势,被认为是理想的能源,受到越来越多的关注.利用太阳能和风能等可再生能源电解水制氢是一种极具发展前景的可以规模化获取清洁氢气的能源技术,其挑战在于如何降低电能消耗并实现稳定地高速电解制氢.由于电解水阳极析氧反应(OER)涉及四电子转移,动力学过程缓慢,是电解水过程的决速步骤.因此,开发高效、廉价、稳定的OER电催化剂对于推动电解水制氢的应用至关重要.硫族化合物具有良好的导电性,对OER中间体表现出适宜的吸附/脱附能力,是一类高活性的析氧电催化剂.但在析氧反应中硫族化合物会不可避免地发生氧化,导致其结构坍塌,使其性能发生大幅衰减.NiOOH被认为是Ni(OH)2、NiSe和NiS等镍基电催化剂析氧过程中的真实催化活性位点,在析氧反应过程中表现出优异的稳定性.因此,结合硫族化合物的高催化活性和羟基氧化物的高稳定性,将有望获得高效稳定的析氧电催化剂.本文提出了一种选择性硒掺杂的策略,实现了不锈钢基底上NiFe2O4/NiOOH异质结的选择性硒掺杂,获得了硒掺杂浓度可调的NiFe2O4-xSex/NiOOH异质结电催化剂,大幅提升了其电催化析氧性能.采用X射线衍射技术、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜技术等对NiFe2O4/NiOOH异质结的结构、形貌和组分进行了表征.利用X射线光电子能谱和透射电镜的能量色散光谱仪对硒掺杂产物的元素组成和分布进行了分析.结果表明,硒元素仅掺杂到NiFe2O4纳米颗粒中,而NiOOH纳米片骨架保持不变,保证了催化剂在析氧过程的稳定性.NiFe2O4-xSex/NiOOH异质结电极在1 M KOH溶液中表现出较好的析氧性能,达到10和500 mA cm^?2电流密度所需要的过电位分别仅为153和259 mV,塔菲尔斜率为22.2 mV dec^?1.更重要的是,NiFe2O4-xSex/NiOOH电催化剂的电化学性能稳定性,计时电流测试表明,在10~400 mA cm^?2电流密度下可稳定工作.稳定性测试表明,催化剂在100 mA cm^?2的电流密度下可稳定工作至少300 h.电催化过程研究表明,选择性硒掺杂提高了界面间电荷输运能力,改善了电极表面的浸润性,优化了活性位点的电子结构,从而大幅提高催化剂的电催化性能.密度泛函理论计算结果表明,硒掺杂会导致NiFe2O4表面晶格发生畸变,显著改善了反应中间体的吸附过程,因此明显降低了析氧反应决速步骤的能垒.本研究结果将为未来探索高效和稳定的电催化剂提供新的研究思路.     

3d过渡金属氧化物/氢氧化物氧析出电催化DFT研究进展

氧析出(OER)是电解水、空气电池充电等电化学能量转换与储存过程中的关键反应.从原子尺度上认识反应机理和构效关系是高效OER电催化剂设计与应用的基础.本文概述密度泛函理论(DFT)在3d过渡金属(Mn、Fe、Co、Ni)氧化物及氢氧化物OER电催化材料中的研究进展,介绍DFT+U方法研究晶体结构变化、元素掺杂、缺陷形成及基底装载对催化性能的影响,总结催化剂性能提升策略,并讨论DFT+U方法在3d金属氧化物催化剂的设计和改良中的研究发展方向.     

多孔Fe3O4修饰的Ni(OH)2纳米片的制备及其析氧性能研究

近年来,基于析氧反应(OER)的电化学能量转换体系(如电化学制氢、金属空气电池、氮气电还原和二氧化碳电还原)日益受到人们的关注.各种过渡金属基(Mn,Ni,Co,Fe,Cu等)纳米材料(硫化物、氢氧化物、氧化物、磷化物和氮化物等)被认为是潜在的、可以代替贵金属的碱性OER催化剂.其中,高活性和低成本的Ni(OH)2基电催化剂被广泛关注.由于面积效应、结构效应、电子效应和协同效应等因素,Ni(OH)2基纳米材料的电化学活性与其形貌和化学成分密切相关.引入纳米尺寸的孔,不仅加快了传质,而且增加了边缘活性原子的数量,因而有利于活性的增强.超薄二维(2D)纳米片因具有独特的结构特征,可以为电催化反应提供充足的反应位点和低配位数的表面活性原子.杂原子的引入可以调节纳米材料的电子结构和几何结构以提高它们的电催化活性.本文提出了一种简单的混合氰胶水解策略,成功合成了Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片(Ni(OH)2-Fe H-STs).氰胶前驱体骨架结构有助于形成超薄多孔的2D结构,而且,通过调节前驱体的浓度就可以获得一定镍铁原子比的产物.不同Fe含量的Ni(OH)2纳米片的OER活性测试结果表明,Ni/Fe比为3:1的Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1在碱性环境中具有最佳的OER活性.由于Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1的超薄2D结构使大多数金属原子暴露在表面,使原子利用率最大化.同时,超薄表面上高活性的低配位数的中心原子,可以作为催化OER的高活性中心.薄片上的孔隙有效地增加了高活性边缘原子的数量并且能够加速反应物和生成物的传质.XPS测试结果表明,Fe的引入显著改变了Ni的电子结构,提高了Ni(OH)2 H-STs的导电性,从而促进了电化学过程中NiIV活性物种的产生,进而改变其OER本征活性.三维镍泡沫(NF)可以防止负载纳米材料的聚集,提高转移反应物/产物的传质速率.因此,本文将Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片直接生长在NF基底(简写为Ni(OH)2-Fe H-STs/NF).结果表明,NF基底的引入进一步提升导电性和增加传质.综上所述,由于具有高比表面积、丰富的活性原子、Fe/Ni原子之间的协同效应以及NF基底的高导电性和三维多孔特性,通过氰胶水解法获得的Ni(OH)2-Fe H-STs/NF在KOH溶液中表现出优异的OER活性,在10 mA cm^–2电流密度下过电位仅为200 mV,Tafel斜率为56 mV dec^?1,并且材料具有良好的稳定性.     

解耦质子-电子传输促进Ru-Pb二元电催化剂上的OER动力学

开发酸性条件下的析氧反应(OER)电催化剂是质子交换膜(PEM)电解水技术的核心问题.Ru基催化剂作为酸性OER中的基准催化剂,其OER活性被传统的协同质子-电子转移过程带来的比例关系所限制,仍然存在动力学迟缓的问题.基于荷电表面可能有利于加速OER动力学的认识,本文将具有赝电容性质的元素Pb加入Ru基催化剂中以提升O...     

锚定在中空碳纳米笼上的Fe掺杂Co3O4用于高效电催化析氧(英文)

本研究采用[Fe(CN)₆]^3-阴离子交换2-甲基咪唑再于空气气氛下退火衍生的策略,制备了一种负载在氮掺杂中空纳米笼碳骨架上的Fe掺杂Co₃O₄电催化剂(Fe-Co₃O₄/NC),用于电催化OER。XRD和HRTEM表征证实了Fe掺人Co₃O₄的晶格中。XPS表征明确了Fe引入后Co价态升高,这是基于Co²⁺/Co³⁺和Fe³⁺的价电子构型诱导的电子由Co²⁺/Co³⁺向Fe³⁺的转移,这会促使Co位点在OER过程中衍生为CoOOH活性物种,作为真正的电催化活性中心,这也被OER稳定性测试后的HRTEM和XPS表征所证实。电化学性能测试显示,该电催化剂的OER过电位仅有275 mV且能够在100 mA/cm²的电流密度下稳定维持20 h,兼具优异的电催化活性和稳...     

C FeD

近年来,基于析氧反应(OER)的电化学能量转换体系(如电化学制氢、金属空气电池、氮气电还原和二氧化碳电还原)日益受到人们的关注.各种过渡金属基(Mn, Ni, Co, Fe, Cu等)纳米材料(硫化物、氢氧化物、氧化物、磷化物和氮化物等)被认为是潜在的、可以代替贵金属的碱性OER催化剂.其中,高活性和低成本的Ni(OH)2基电催化剂被广泛关注.由于面积效应、结构效应、电子效应和协同效应等因素, Ni(OH)2基纳米材料的电化学活性与其形貌和化学成分密切相关.引入纳米尺寸的孔,不仅加快了传质,而且增加了边缘活性原子的数量,因而有利于活性的增强.超薄二维(2D)纳米片因具有独特的结构特征,可以为电催化反应提供充足的反应位点和低配位数的表面活性原子.杂原子的引入可以调节纳米材料的电子结构和几何结构以提高它们的电催化活性.本文提出了一种简单的混合氰胶水解策略,成功合成了Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片(Ni(OH)2-FeH-STs).氰胶前驱体骨架结构有助于形成超薄多孔的2D结构,而且,通过调节前驱体的浓度就可以获得一定镍铁原子比的产物.不同Fe含量的Ni(OH)2纳米片的OER活性测试结果表明, Ni/Fe比为3:1的Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1在碱性环境中具有最佳的OER活性.由于Ni(OH)2-FeH-STs-Ni3Fe1的超薄2D结构使大多数金属原子暴露在表面,使原子利用率最大化.同时,超薄表面上高活性的低配位数的中心原子,可以作为催化OER的高活性中心.薄片上的孔隙有效地增加了高活性边缘原子的数量并且能够加速反应物和生成物的传质. XPS测试结果表明, Fe的引入显著改变了Ni的电子结构,提高了Ni(OH)2H-STs的导电性,从而促进了电化学过程中NiIV活性物种的产生,进而改变其OER本征活性.三维镍泡沫(NF)可以防止负载纳米材料的聚集,提高转移反应物/产物的传质速率.因此,本文将Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片直接生长在NF基底(简写为Ni(OH)2-FeH-STs/NF).结果表明, NF基底的引入进一步提升导电性和增加传质.综上所述,由于具有高比表面积、丰富的活性原子、Fe/Ni原子之间的协同效应以及NF基底的高导电性和三维多孔特性,通过氰胶水解法获得的Ni(OH)2-FeH-STs/NF在KOH溶液中表现出优异的OER活性,在10m Acm–2电流密度下过电位仅为200 mV, Tafel斜率为56m V dec-1,并且材料具有良好的稳定性.     

Cu3P辅助诱导Ni2P电荷定向转移和表面重构以获得高效析氧活性

与助催化剂形成异质结,通过调整活性位点的电子结构和电荷输运来提高Ni₂P的电催化活性是一种可行的方法。本文成功构建了一种高效的Cu₃P/Ni₂P异质结催化剂,其中Cu₃P本身仅作为助催化剂,通过调节Ni₂P的电子转移和表面重构来提高电催化活性。结果表明,在10 mA·cm^-2的电流密度下,Cu₃P/Ni₂P具有优异的析氧反应(OER)活性,过电位为213 mV。结合实验结果和理论计算可知,Cu₃P助催化剂可以有效调整Ni中心的电子结构,实现电荷重分布,降低反应能垒,从而显著提高OER催化活性。此外,Cu₃P助催化剂诱导的丰富的晶界和晶格畸变促进了表面重构,形成Ni₅O(OH)₉,为OER提供了有效的活性位点。本工作通过引入助催化剂构建了一种新型异质结电催化剂,为优化过渡金属磷化物的电催化性能提供了一条有效途径。     

High-spin M2+ carboxylate triangles from the microwave

The reaction of M(O2CMe)2.4H2O (M = Ni, Co) with NaN3 in pyridine/MeOH under microwave irradiation and controlled pressure/temperature leads to the formation of the trimetallic species [M3(N3)3(O2CMe)3(py)5] (M = Ni, 1; Co, 2) in 4 min and in high yields. Both complexes display dominant ferromagnetic interactions and high-spin ground states.     

Novel 3D, 2D, and 0D first-row coordination compounds with 4,4'-bipyridine-N,N'-dioxide incorporating sulfur-containing anions

The reaction of M(S2O6) (M = Cu(II), Ni(II), and Co(II)) with 4,4'-bipyridine-N,N'-dioxide (bpdo) results in the formation of novel 3D, 2D, and mononuclear complexes. Complex 1, {[Cu(H2O)(bpdo)2](S2O6)(H2O)}n, is a 2-D wavelike polymer with the Cu(II) ion located on a 2-fold axis and having a distorted square-pyramidal coordination sphere. With Co(II) and Ni(II), 3-D complexes, {[M(bpdo)3](S2O6)(C2H5OH)7}n [M = Co(II) (2), Ni(II) (3)], were obtained. The metal atoms are situated on centers of symmetry and have octahedral environments coordinated to six bpdo molecules. The same reaction in aqueous solution with a metal/ligand ratio of 1:1 results in the formation of mononuclear complexes, {[M(bpdo)(H2O)5](SO4)(H2O)2} [M = Co(II) (4), Ni(II) (5)], accompanied by the decomposition of the dithionate anions S2O6(2-) to sulfate anions SO4(2-).     

Formation of CO(x)-free H2 and cup-stacked carbon nanotubes over nano-Ni dispersed single wall carbon nanohorns

Transitional metals (M) were dispersed on single-wall carbon nanohorns (M/SWCNHs, M = Fe, Co, Ni, Cu) by simple thermal treatment of the deposited metal nitrate without H(2) reduction. Nanometallic Ni particles on SWCNH were evidenced by high-resolution transmission electron microscopic observation and X-ray photoelectron spectroscopy. The nano-Ni dispersed on SWCNH showed the highest CH(4) decomposition activity; the activity of used transitional metals decreases in the order Ni ? Co > Fe ? Cu. On the other hand, the reaction rate over Ni/SWCNH was much larger than that over Ni/Al(2)O(3), and the former provided CO(x)-free H(2) and cup-stacked carbon nanotubes, while Ni/Al(2)O(3) produced CO(x) in addition to H(2). SWCNH was superior to Al(2)O(3) as the catalyst support of Ni for the CH(4) decomposition reaction.     

2-(N，N-二羧甲基氨甲基)氢醌金属配合物(钴、镍、锌)的合成、晶体结构及电化学性质研究

合成了3个新的氢醌金属配合物:[Co(H2cah)(H2O)2].H2O(1),Ni(H2cah)(H2O)2].H2O(2),[Zn(H2cah)(CH3OH)(H2O)].H2O(3)(H4cah=2-(N,N-二羧甲酸氨甲基)氢醌),通过X-射线单晶衍射,红外光谱,元素分析对它们进行了表征。这些配合物均为单核结构,并且通过分子间的氢键形成了无限的超分子网状结构。电化学研究显示配合物1中的Co2+/Co+对和配合物2中的Ni2+/Ni+对的氧化还原是一个不可逆的过程,但是氢醌到半醌之间的转换是一个准可逆的过程。     

A first principles study of oxygen reduction reaction on a Pt(111) surface modified by a subsurface transition metal M (M = Ni, Co, or Fe)

We have performed first-principle density functional theory calculations to investigate how a subsurface transition metal M (M = Ni, Co, or Fe) affects the energetics and mechanisms of oxygen reduction reaction (ORR) on the outermost Pt mono-surface layer of Pt/M(111) surfaces. In this work, we found that the subsurface Ni, Co, and Fe could down-shift the d-band center of the Pt surface layer and thus weaken the binding of chemical species to the Pt/M(111) surface. Moreover, the subsurface Ni, Co, and Fe could modify the heat of reaction and activation energy of various elementary reactions of ORR on these Pt/M(111) surfaces. Our DFT results revealed that, due to the influence of the subsurface Ni, Co, and Fe, ORR would adopt a hydrogen peroxide dissociation mechanism with an activation energy of 0.15 eV on Pt/Ni(111), 0.17 eV on Pt/Co(111), and 0.16 eV on Pt/Fe(111) surface, respectively, for their rate-determining O2 protonation reaction. In contrast, ORR would follow a peroxyl dissociation mechanism on a pure Pt(111) surface with an activation energy of 0.79 eV for its rate-determining O protonation reaction. Thus, our theoretical study explained why the subsurface Ni, Co, and Fe could lead to multi-fold enhancement in catalytic activity for ORR on the Pt mono-surface layer of Pt/M(111) surfaces.     

杂多阴离子的相转移化学 Ⅰ.取代的Keggin及Dawson结构杂多阴离子在非极性溶剂中的溶剂化行为研究

利用四庚基溴化铵将Keggin结构的杂多阴离子ZW~1~1O~3~9M(H~2O)^n^-(Z=Si,Ge,P,M=Ni^2^+,Cu^2^+,Cr^3^+,Co^2^+,n=4～6)和Dawson结构的杂多阴离子P~2W~1~7O~6~1M(H~2O)^n^-(M=Ni^2^+,Cu^2^+,Cr^3^+,Co^2^+,n=7,8) 从水溶液中转移至非极性溶剂(苯或甲苯)中,并观察到在水溶液中难以进行的配位水的脱去反应,形成配位不饱和的杂多阴离子.当加入Lewis碱如丙酮,吡啶等,可迅速恢复饱和配位,其电子吸收光谱也相应变化,基本恢复到配位饱和时的数值,有ESR信号.实验表明,在非极性溶剂中,配体之间相互进行的取代反应,吡啶的配位能力最强, 发生了取代反应ZW~1~1O~3~9M(L)^n^-+Py→ZW~1~1O~3~9M(Py)^n^-+L(L=丙酮,乙腈等).同时我们也研究了温度,杂多阴离子浓度,惰性气体流量对杂多阴离子在非极性溶剂中的溶剂化行为的影响,得到了相转移的一般规律,为杂多阴离子在非极性溶剂中的催化研究提供了理论依据     

K改性Ni-Co-Al三元复合氧化物催化分解N2O

制备了(Ni+Co)/Al=3、Ni/Co=0.2(原子比)的NiCoAl三元类水滑石样品,焙烧获得NiCoAl复合氧化物,表面浸渍K₂CO₃溶液制备了K改性催化剂,用于N₂O分解反应,考察了K负载量、焙烧温度等制备参数和O₂、H₂O等反应气氛对催化剂活性的影响。用BET、XRD、H₂-TPR、XPS等技术表征了催化剂的组成结构。结果表明,K的表面改性提高了催化剂对N₂O分解反应的催化活性,其中,400℃预焙烧NiCoAl类水滑石制得复合氧化物,初湿浸渍K₂CO₃溶液,K的负载量为K/(Ni+Co)=0.05,400℃ 再焙烧制备的催化剂活性较高,有氧有水条件下500℃ 反应时N₂O可完全分解;在NiCoAl复合氧化物表面负载K₂CO₃组分,降低了催化剂表面Co、Ni元素的电子结合能,弱化了表面Co-O、Ni-O化学键,从而提高了催化剂活性和抗水性能。     

Coordination polymers of macrocyclic oxamide with 1,3,5-benzenetricarboxylate: syntheses, crystal structures and magnetic properties

Solvothermal reactions of mixed ligands H(3)BTC and macrocyclic oxamide complexes (ML, M = Cu, Ni) with M(ClO(4))(2)·6H(2)O (M = Co, Zn, Ni and Cd) afford six new complexes, including [M'(4)(BTC)(2)(ML)(2)(OH)(2)(H(2)O)(2)]·2H(2)O (M' = Co, M = Ni, for (1); M' = Zn, M = Ni, for (2); M' = Zn, M = Cu, for (3)), [Ni(3)(BTC)(2)(NiL)(2)(H(2)O)(6)]·2CH(3)OH·2H(2)O (4), [Cd(4)(BTC)(2)(HBTC)(NiL)(4)(H(2)O)]·3H(2)O (5) and [Cd(HBTC)(CuL)]·H(2)O (6) (ML, H(2)L = 2, 3-dioxo-5, 6, 14, 15-dibenzo-1,4,8,12-tetraazacyclo-pentadeca-7,13-dien; H(3)BTC = 1,3,5-benzenetricarboxylic acid). Complexes 1-3 consist of a 2D layer framework formed by the linkage of M(II)(M = Ni, Cu) and M'(4) (M' = Co, Zn) cluster via the oxamide and BTC(3-) bridges and display a (3,6)-connected network with a (4(3))(2)(4(6).6(6).8(3)) topology. The structure of 4 consists of pentanuclear [Ni(II)(5)] units and arranges in a 1D cluster chain. Complex 5 exhibits a 2D layered structure characterized by 3,4,3-connected (4.6(2))(3)(4.6(3).8(2))(4(2).6(3).8)(4(2).6) topology. Complex 6 possesses a 3D network with sra topology. The magnetic properties of complexes 1 and 4 were investigated.     

Layered cobalt(II) and nickel(II) diphosphonates showing canted antiferromagnetism and slow relaxation behavior

Reactions of 2-(1-imidazole)-1-hydroxyl-1,1'-ethylidenediphosphonic acid (ImhedpH4) and cobalt or nickel salts under hydrothermal conditions lead to four new metal phosphonates with two types of structures: M3(ImhedpH)2(H2O)(4).2H2O [M=Co(II) (1) and Ni(II) (2)] and M(ImhedpH3)2(H2O)2 [M=Co(II) (3) and Ni(II) (4)]. Compounds 1 and 2 are isostructural and show a layered structure made up of M3(ImhedpH)2(H2O)4 trimer units. These trimers are connected by edge-sharing of the {Co(2)O6} octahedra, forming an undulating chain. The adjacent chains are fused through the coordination of the phosphonate oxygen atom from one chain to the Co(2) atom of the other, thus generating a two-dimensional layer containing 4-, 8-, and 16-membered rings. The imidazole groups are grafted on the two sides of the layer. Compounds 3 and 4 are also isostructural and show a mononuclear structure with extensive hydrogen bond interactions. Magnetic measurements reveal that both 1 and 2 exhibit canted antiferromagnetism at 2.6 and 5.0 K, respectively. Below these temperatures, slow relaxation is observed from the ac susceptibility measurements corresponding to the spin-glass-like behaviors.     

Crystal growth and structure determination of oxygen-deficient Sr6Co5O15

Large single crystals of oxygen-deficient Sr6Co5O(15-delta) compounds, i.e., Sr6Co5O14.70 and Sr6Co4.9Ni0.1O14.36, were obtained by using K2CO3 flux in the presence of additives of transition metal oxides. The single-crystal structure determination shows that the structures of Sr6Co5O14.70 and Sr6Co4.9Ni0.1O14.36 crystallize in the space group R and can be described as one-dimensional face-sharing CoO3 polyhedral chains and Sr cation chains. Unlike the other known 2H-perovskite-related oxides in which the polyhedral chains consist of octahedra (Oh) and trigonal prism (TP), the structure of Sr6Co5O14.70 and Sr6Co4.9Ni0.1O14.36 contain Oh and intermediate polyhedra (IP) and can be attributed to a general structure formula A6A'2B3O(15-delta), which is closely related to the known A6A'B4O15 phases by shifting of a B atom and the O3 triangle along the c axis. Further study on O3 reveals that this oxygen position splits into two independent positions, corresponding to polyhedral geometry of IP and TP, respectively. Therefore, the polyhedral chain in the structure should be more precisely described as a random composite of the 4Oh + TP and 3Oh + 2IP. This model is used to interpret the magnetic properties, although not quantitatively. The 4-D structure analysis was also conducted for both Sr6Co5O14.70 and Sr6Co4.9Ni0.1O14.36 with a commensurate modulated structure in a 4-D superspace group, R3m(00gamma)0s, gamma = p/k = 3/5. By considering the same 4-D superspace group R3m(00gamma)0s but different t-phases, one can understand the structure relationship between Sr6Co5O14.70 and Sr6Rh5O15.