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青海鹽湖所在硼酸鹽水溶液結構研究中取得新進展
2019-08-13 | 编辑:文献情报与编辑部 | 【  】【打印】【關閉

    硼是生命起源必需的元素, 也是重要工業原料。 硼酸鹽結構非常豐富,不僅應用在特種玻璃、陶瓷釉、木材防腐、優質阻燃劑、過氧硼酸鹽漂白洗滌劑等方面都有著重要領域,而且廣泛應用在激光材料、發光基質材料及非線性光學晶體材料。

  長期以來,人們普遍認爲影響硼酸鹽溶液物種的因素很多,包括總硼濃度、pH、溫度、陽離子和陰離子、甚至溶液的壽命,這些都是宏觀層面的描述。對硼酸鹽溶液結構微觀層面及其與宏觀層面結合上的闡述鮮有報道,主要原因在于其中存在很多 令人迷惑的科學問題,比如:固液同組成和固液異組成化合物如何影響溶液中的硼酸鹽物種;溶劑水的結構如何影響硼酸鹽物種的結構;陽離子的電荷、水合距離、水合數和幾何構型如何影響硼酸鹽物種;溶液中常見的各種硼酸鹽物種如何水合;硼氧六元環水合過程發生在哪個原子位置;硼酸鹽的縮合或聚合反應、水解或解縮反應發生在哪個原子位置;溶液中二氫鍵有哪些獨特性質;用三元體系相圖是否能描述七元鹵水體系中硼酸鹽的相行爲;它們都服從什麽科學原理等。 

  針對上述科學問題,近十年,青海鹽湖所房春晖研究員團隊采用當代先進同步輻射X射線散射法、中子散射、EXAFSNMRRamanDFTMD/CPMD及其聯用進行了堿金屬和鎂硼酸鹽水溶液結構的研究。由散射法獲得了溶液的溶劑、溶質和溶劑化結構,由EXAFS獲得了高原子序數的陽離子水合結構,RamanNMR定性鑒定了硼物種,由pH測量和化學平衡計算獲得了溶液中的物種分布,由DFT計算和MD/CPMD模擬獲得了六元環周圍水合結構的詳盡圖景以及分步水解機理,並與散射法和Raman進行對比研究。這些結果對硼酸鹽的形成與演化、資源開發利用及其硼材料回收再利用具有重要意義。詳情請見《鹽湖研究》2019年第2期——第36屆國際溶液化學大會專刊“研究亮點”:11-39。 

   

 

  

  圖:[B5O6(OH)4-]逐步水解途徑示意圖 

 

 

 

 

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