以新奇结构和物性为导向的新型4d/5d过渡金属氧化物固体化学探索

4d/5d transition metal oxides are attracting intense interest worldwide. The special crystal and electronic structures lead to important discoveries inlcuding the only p wave superconductor, Sr2RuO4, and the spin-orbital coupling induced Mott insulator Sr2IrO4. Both experiments and theories have pointed to the existence of a new class of high temperature superconductor system in iridates. Thus the discovery of novel 4d/5d transtion metal oxides， including those of Ru, Re and Ir, are particularly important. This proposal is directed towards exotic crystal structues and physical properties, will advance the synthetic approaches for 4d/5d transition metal oxides, and will result in several new complex 4d/5d transition metal oxides. The research will be focused on: (1) by utilizing innavotive synthetic approaches, including mineralizer assisted hydrothermal synthesis, highly oxidizing molten salt and low-temperature molten salt synthesis, to synthesize new 4d/5d transtion metal oxides. (2) using single crystal diffraction to solve the crystal strucutres (3) tuning the magnetic and transport properties by synthesizing complex transition metal oxides (4) doping the complex transtion metal oxides by new approaches including chemical doping, Al reduction, plasma and electrochemistry, studying important phenomena including insulator-metal transition and providing insight for supercondutor research.

4d/5d重过渡金属氧化物正引起极大关注，独特的晶体和电子结构导致了唯一的p波超导体（Sr2RuO4），自旋轨道耦合诱导莫特绝缘体(Sr2IrO4)等系列重要发现。实验/理论预测,存在新的含Ir等高温超导化合物而导致新奇的物理。因此，探索新的4d/5d过渡金属（Ru,Re和Ir）氧化物的研究工作尤为重要。本基金以新奇结构和物性为导向，发展4d/5d过渡金属氧化物的合成方法，合成若干新的4d/5d复杂氧化物。主要研究内容：（1）利用矿化剂水热合成，高氧化性助溶剂，低温助溶剂法合成等独特手段制备新型4d/5d复杂氧化物；（2）利用单晶X射线衍射解析晶体结构；（3）通过合成复杂结构氧化物实现对于磁性，输运等重要物理性质的调控（4）通过化学掺杂，Al还原，等离子体和电化学等独特手段对化合物进行掺杂研究，调控化合物性质，研究包括绝缘体-金属转变在内的强关联现象，并为超导研究提供参考。

新材料往往带来新的物理性能，因此新材料的合成发现具有重要科学意义。本项目在固体材料的发现和性能研究当中取得了较好的进展。以固体化学合成为主线，在新材料合成、磁性材料、电催化等领域取得了一系列进展。具体包括以下三个方面。第一，在新化合物探索方面取得了一系列进展。进行了K2Cu2GeS4的合成，晶体结构和光学性质的研究；进行了中间带材料K2CdSnSe4及其可见光催化活性研究；合成了四元铁磁性新化合物Ba2Fe0.6V1.4S6并研究了其磁性及电子结构等物理性质；发现了金属混占一维链状新化合物BaCu0.33Ta0.67S3；制备了新型非计量比TiO并且发现其超导温度得到提高；制备了含一维 [M2Sb2S6(SH2)]4−链的新化合物K2MSbS3(SH) (M = Zn, Cd)并研究了其半导体特性；进行了K2.4Ga2.4M1.6Q8 (M = Si, Ge; Q = S, Se)晶体的合成，结构，光学性质及其玻璃的性能的研究。第二，在固体材料的催化性能方面取得了有意义的结果：制备具有双重高效催化作用的固定在氮掺杂的TiO2表面的单分散纳米铂；发现Ti3+促进黑色二氧化钛纳米带支撑的Pd的高氧还原活性；合成了富含缺陷位的CeO2-x并发现其具有很高的氧还原反应电催化性质。第三，在氧化物材料的能量存储领域进行了探索，在MTiO3(M = Ni, Co, Fe)纳米棒上原位生长石墨烯包覆，达到了提升锂存储性能的目标。