新型四元金属硫化物的溶剂热合成、结构及性能研究

This project intends to carry out the solvothermal synthesis of novel quaternary metallic chalcogenides in multi-thiol systems, and the framework of these compounds will be constructed by Ge, Sn, As or Sb and transition metal elements Hg, Cu, Cd or Mn etc.We expect to developing effective synthetic route of quaternary metallic chalcogenides, and get the reaction rules of solvothermal synthesis of quaternary metal chalcogenides, by means of selecting the appropriate thiol and solvents. Synthesizing a series of novel quaternary metal sulfides, it can not only rich the structural chemistry of chalcogenides, but also has great significance on discovering new materials. If the traditional binary and ternary metal sulfide semiconductor materials can be prepared as multi-component metal sulfide semicondutor materials, these compounds can be given new physical properties and the potential applications of such compounds will be improved,at the same time, it can lay the foundation for the development of the next generation thermoelectric and optoelectric devices. The synthesis of novel quaternary metallic chalcogenides in multi-thiol systems will broaden the existing synthetic methods of chalcogenides and deepen the understanding of the role of chelating agent in the synthsis of quaternary metal chalcogenides, as well as can promote the present basic research of inorganic chemistry.

本项目拟开展在多元硫醇体系中，利用溶剂热法合成Ge、Sn、As、sb和In及过渡金属元素Hg、Cu、Cd和Mn 等为骨架的新型四元金属硫化物。通过选择合适的硫醇及溶剂，开发出有效的四元金属硫化物的合成路线，并获得四元金属硫化物的溶剂热合成反应规律。合成出一系列新型四元金属硫化物，这不仅丰富硫属化物的结构化学，而且对发现新型硫属化物材料也有重要意义。将传统的二元和三元金属硫化物半导体材料制备成多元金属硫化物半导体材料，将赋予硫化物材料以新的物理性质，提高这类材料的应用前景，为发展下一代热电及光电器件奠定基础。在多元硫醇体系中新型四元金属硫化物的合成也将拓宽现有硫属化物合成方法，加深对螯合剂在四元金属硫化物合成中的作用的理解，对当前无机化学基础研究产生推动作用。

硫属化物具有非常复杂的结构及丰富的物理和化学性质，在现代科技领域具有广阔的应用前景。本项目在多元硫醇或多元有机胺体系中，利用溶剂热法合成Sn、Sb、As、In、Ge及过渡金属元素 Hg、Cu、Cd和Mn等为骨架的新型多元金属硫属化物。通过选择不同的结构导向剂，获得9种新型锡硫属化合物:Cs4Sn5S12，(NH2-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2)SnSe2，(1,4-DABH2)2Sn2S6•(1,4-DAB)， RbNa3Cd2Sn2S8，[Ni(1,2-dap)3]2Sn2Cd2S8， Cd(tren)SnSe3，K2Cu2Sn2S6，Cs8Mn4Sn4Se16， [Co(en)3]2Sn2Se4S2和[Mn(en)3]2Sn2Se4S2；含有过渡金属的5种新型锑硫属化合物：(1,4-DABH2)Sb4S7，[Co(1,2-dap)3]HgSb2Se5和[Fe(1,2-dap)3]HgSb2Se5(1,2-dap=1,2-丙二胺)，Cs2Hg2Sb2Se6，Cs2HgSb4Se8，[V(1,2-dap)2SbSe3]；含有主族金属In和Sn的2种新型锑硫属化合物：[TM(tren)][InSbSe3S] (TM = Fe ，Co ，Mn ；tren =三(2-氨基乙基)-胺)，Cs8Sb6Sn4S4Se17；4种新型砷硫属化合物：CsHgAsSe3，CsCdAsSe3，As9Cl20Cs25Mn2S18，(1, 2-dap)2InAsSeS3 (1, 2-dap: 1, 2-丙二胺)；含有稀土金属的1种新型硒代锗酸盐Cs2[La2(tepa)2]Ge4Se12，以及2种新型过渡金属硫属化合物：Co(en)3(enH2)SeS4和Na2CdS2。同时对上述多数化合物进行X射线粉末衍表明都为纯相；差热-热重分析和紫外-可见漫反射光谱研究表明，这些化合物具有一定的热稳定性和半导体性质。 . 溶剂热法合成多元金属硫属化合物的过程中，多元硫醇或多元胺起着非常有效的矿化剂作用，它在溶剂热条件下，与过渡金属离子形成稳定的可溶性螯合物。这些多元金属硫属化合物的成功合成，表明了通过选择不同的螯合剂、抗衡离子、过渡金属、主族金属和温度等能够合成新型多元金属硫属化合物。这对于研究合成新型多元金属硫属化合物材料具有重要意。