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Bi4B2O9晶体及其熔体结构的高温原位拉曼光谱研究
引用本文:徐琰东,尤静林,王建,龚晓晔,丁雅妮,曹培明,郑少波,吴永全,余仲达. Bi4B2O9晶体及其熔体结构的高温原位拉曼光谱研究[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(10): 2143. DOI: 10.7503/cjcu20190260
作者姓名:徐琰东  尤静林  王建  龚晓晔  丁雅妮  曹培明  郑少波  吴永全  余仲达
作者单位:省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海市钢铁冶金新技术开发与应用重点实验室,上海大学材料科学与工程学院,上海200444
基金项目:国家自然科学基金(No.21773152);上海市科学技术委员会项目(No.12520709200);111引智项目(No.D17002);省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室开放课题(Nos.SKLASS2015-01);省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室开放课题(Nos.SKLASS2017-02);科技部中央引导上海市科学技术委员会专项基金(No.YDZX20173100001316)
摘    要:利用密度泛函理论计算了Bi4B2O9晶体的常温拉曼光谱, 并通过与实验拉曼光谱对比, 对其振动模式进行了归属. 利用高温原位拉曼光谱研究了Bi4B2O9从常温到750 ℃升温过程中微结构的变化. 随着温度的升高, 晶体的平均键长变长, 键角分布变宽, 熔化后晶体中的BiO4和BiO5多面体解体, BO3构型则保持三配位不变. 运用量子化学从头算法模拟了Bi4B2O9的熔体结构并与实验拉曼光谱进行了对比分析, 发现在Bi4B2O9熔体中B原子团簇为孤立的BO3构型, Bi 3+游离于BO3之间, 并结合未参与形成BO3的O原子起到平衡电荷的作用.

关 键 词:Bi4B2O9晶体  高温原位拉曼光谱  熔体微结构  从头算法
收稿时间:2019-05-07

High-temperature in situ Raman Spectroscopic Study on the Micro-structure of Bi4B2O9 Crystal and Melt †
XU Yandong,YOU Jinglin,WANG Jian,GONG Xiaoye,DING Yani,CAO Peiming,ZHENG Shaobo,WU Yongquan,YU Zhongda. High-temperature in situ Raman Spectroscopic Study on the Micro-structure of Bi4B2O9 Crystal and Melt †[J]. Chemical Research In Chinese Universities, 2019, 40(10): 2143. DOI: 10.7503/cjcu20190260
Authors:XU Yandong  YOU Jinglin  WANG Jian  GONG Xiaoye  DING Yani  CAO Peiming  ZHENG Shaobo  WU Yongquan  YU Zhongda
Affiliation:State Key Laboratory of Advanced Special Steel, Shanghai Key Laboratory of Advanced Ferrometallurgy, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China
Abstract:Raman spectrum of Bi4B2O9 crystal at ambient temperature was measured and calculated via density functional theory and vibration modes of all the peaks were assigned. Then high temperature in situ Raman spectroscopic technique was utilized to measure Raman spectra of Bi4B2O9 crystal from room temperature to 750 ℃(above the melting point) to investigate its micro-structure’s evolution. With the temperature increasing, the lattice lengthens in bond length and broadens in bond angle. After melting, BiO4 and BiO5 polyhedron in crystal tends to convert, while BO3 triangle stays constant. Ab initio method was used to simulate the microstructure of Bi4B2O9 melt cluster, calculate and analyze its Raman spectra. It is found that B atoms in Bi4B2O9 melt form isolated BO3 triangle structure and Bi 3+ cation among BO3, connecting O atoms out of BO3, functions as charge balancer.
Keywords:Bi4B2O9 crystal  High temperature in situ Raman spectroscopy  Melt micro-structure  Ab initio calculation method  
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