高溫高壓水熱合成含鹼土元素的矽酸鈾之晶體結構與性質研究

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高溫高壓水熱合成含鹼土元素的矽酸鈾之晶體結構與性質研究
(High-Temperature, High-Pressure Hydrothermal Synthesis, Crystal Structures and Properties of Alkaline Earth Metal-Containing Uranium Silicates)

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摘要(中)

本論文以高溫高壓水熱法合成三個新穎的鈾矽酸鹽化合物Ba10[(UO2)2(Si2O7)4] (A1)、K2Ca4[(UO2)(Si2O7)2] (A2) 以及K4Ca[(UO2)Si4O12] (A3)。藉由單晶X光繞射方法鑑定出化合物的晶體結構，以粉末X光繞射分析儀確定樣品純度以供後續分析，再以X光能量散布分析、光致放光光譜和倍頻訊號測量等方式進行定性及光學性質的分析。
化合物A1為六價的鈾矽酸鹽，結構中矽酸鹽以Sorosilicate [Si2O7]的形式和UO6以共角的方式相連形成在ac平面的二維層狀結構，Ba2+ 陽離子則座落在層與層之間。此化合物為第一個利用高溫高壓水熱法合成的含鋇離子的鈾矽酸鹽。化合物A2為六價的鈾矽酸鹽，結構中矽酸鹽以Sorosilicate [Si2O7]的形式用共角的方式連接相鄰的兩個UO6多面體，並形成沿著a軸延伸的一維鏈狀結構，此結構在鈾矽酸鹽的研究中是相當罕見的一維結構。化合物A3為六價的鈾矽酸鹽，結構中矽酸鹽以 [Si4O12] 連接UO6多面體形成三維的骨架結構， K離子分布在結構的孔道中，而Ca2+ 離子則座落在鈾氧單元的軸位方向，這種排列方式形成沿著c軸的 -U-O-Ca-O-U-鏈。

摘要(英)

Three new alkaline earth metal-containing uranium silicates, Ba10[(UO2)2(Si2O7)4] (A1),K2Ca4[(UO2)(Si2O7)2] (A2) and K4Ca[(UO2)Si4O12] (A3), were synthesized by the high-temperature, high-pressure hydrothermal method, and structurally characterized by powder and single X-ray diffraction. These compounds were further characterized by EDS, PL and SHG.
Compound A1 is a barium-containing uranium silicate. The crystal structure consists of Sorosilicates [Si2O7] which connect adjacent UO6 tetragonal bipyramids via four equatorial oxygen atoms to form 2D layers in ac plane. The Ba2+ cations are located at sites in the intralayer and interlayer regions. This compound is the first Ba-containing uranium silicate synthesized using the high-temperature, high-pressure hydrothermal method.
Compound A2 is a uranium(VI) silicate. The structure consists of UO6 tetragonal bipyramids which are linked by Sorosilicate [Si2O7] units to form 1D chains along the a axis. The Ca2+ and K+ cations are located at sites in the interchain regions. This 1D chain structure is very rare in the literature.
Compound A3 is a uranium(VI) silicate. It’s structure consists of [Si4O12] units connecting with four UO6 tetragonal bipyramids to form a 3D framework. The K+ cations are located in the channels and the Ca2+ cations are located between each set of two UO6 polyhedra in the c direction. This arrangement produces a linear -U-O-Ca-O-U- chain along the c axis.

關鍵字(中)

★ 鈾
★ 高溫高壓
★ 水熱合成
★ 矽酸鹽
★ 晶體結構
★ 單晶結構解析
★ 鹼土元素

關鍵字(英)

★ Uranium
★ High-Temperature, High-Pressure
★ Hydrothermal Synthesis
★ Silicate
★ Crystal Structure
★ Single-Crystal X-ray Diffraction
★ Alkaline Earth Metal

論文目次

摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
附錄之表目錄 XII
第一章緒論 1
1-1簡介 1
1-1-1鈾的歷史 1
1-1-2鈾的氧化態 3
1-1-3天然矽酸鈾礦與人工合成矽酸鈾 14
1-2 論文研究動機 17
1-3 合成方法 18
1-3-1 水熱法 18
1-3-2 藥品一覽表 21
1-4 鑑定方法 22
1-4-1 儀器測量簡介 22
1-4-2 單晶X光繞射儀與解構分析 23
1-4-3 粉末X光繞射儀 (PXRD) 29
1-4-4 X光能量散佈分析 (EDS) 30
1-4-5 倍頻訊號測量 (SHG) 31
1-4-6 放光光譜 (PL) 32
1-5 研究成果摘要 34
第二章含鹼土元素的矽酸鈾 35
2-1簡介 35
2-2實驗部分 37
2-2-1 Ba10[(UO2)2(Si2O7)4] (A1) 合成條件 37
2-2-2 K2Ca4[(UO2)(Si2O7)2] (A2) 合成條件 38
2-2-3 K4Ca[(UO2)Si4O12] (A3)合成條件 39
2-2-4 Ba10[(UO2)2(Si2O7)4] (A1) 單晶X光結構解析 40
2-2-5 K2Ca4[(UO2)(Si2O7)2] (A2) 單晶X光結構解析 42
2-2-6 K4Ca[(UO2)Si4O12] (A3) 單晶X光結構解析 44
2-3 化合物鑑定與性質測量 46
2-3-1 粉末X光繞射分析 46
2-3-2 X光能量散佈光譜分析 48
2-3-3 倍頻訊號測量 50
2-3-4 放光光譜測量 52
2-4 結果與討論 55
2-4-1 Ba10[(UO2)2(Si2O7)4] (A1) 之結構描述與討論 55
2-4-2 K2Ca4[(UO2)(Si2O7)2] (A2) 之結構描述與討論 59
2-4-3 K4Ca[(UO2)Si4O12] (A3) 之結構描述與討論 63
第三章結論 70
參考文獻 71
附錄 73

參考文獻

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指導教授

李光華(Kwang-hwa Lii)

審核日期

2015-7-20

推文