潘世烈课题组在拓展硼酸盐结构化学取得新进展

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硼酸盐因具有丰富的结构类型，稳定的物化性能，在新型光电功能晶体材料、核废料分离和隔离、商业化玻璃、非晶态氧化物催化剂、锂/镁离子电池等领域具有重要的应用。近90年来，研究人员相继发现近4000种硼酸盐化合物，而其结构化学作为调控性能的关键，决定着硼酸盐物理、化学性能的极限，这也使得硼酸盐结构化学和构效关系研究一直是该领域的热点。理论上，硼酸盐结构中B原子可以与O亲核体通过sp、sp2和sp3杂化作用，形成直线型BO2、三角形BO3和四面体的BO4基本基团。但是，纵观近4000种硼酸盐化合物，关于直线型BO2基团鲜有报道，目前仅在极少数的磷灰石矿物中发现该类基团，是最为罕见的硼酸盐的基本构筑单元，这也使得对该类基团的研究严重滞后。近日，中国科学院新疆理化技术研究所中科院特殊环境功能材料与器件重点实验室研究团队与美国西北大学研究团队联合发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上的研究成果成功打破了该格局。

　　中国科学院新疆理化技术研究所中科院特殊环境功能材料与器件重点实验室潘世烈研究团队自成立至今一直坚持以研究硼酸盐晶体结构多样性，并进一步设计合成硼酸盐光学晶体为主要任务和目标。近日，该团队成功获得一例硼酸盐新化合物K5Ba2(B10O17)2(BO2)，该化合物结构中具有罕见的直线型BO2基团，亦是目前首例含有全部B-O键合构型的硼酸盐化合物。该团队通过固体核磁共振实验结合理论计算明确地鉴定了其结构中存在的BO2基团，为今后该类基团的鉴别提供了最原始的参考。通过第一性原理阐明，相较于传统BO3和BO4基团，BO2基团具有更高的光学各向异性，基于此设计的仅含有BO2基团K(BO2)具有极大的双折射率（0.18@1064 nm），将深紫外双折射晶体的双折射率值推向了新高度，为设计合成高性能双折射晶体提供了新基因。K5Ba2(B10O17)2(BO2)的发现不仅拓展了硼酸盐的结构化学，而其中罕见的BO2基团的独特微观性能和光谱特征将激发更广泛的研究，并为未来探索紫外/深紫外光学晶体材料开辟一条新路径。
　　近日，相关研究成果发表在《自然·通讯》(Nature Communications, 2021, 12, 2597)上，新疆理化技术研究所为第一完成单位，新疆理化技术研究所潘世烈研究员和美国西北大学Kenneth R. Poeppelmeier教授为共同通讯作者，新型光电功能材料实验室黄春梅、米日丁·穆太力普博士和张方方研究员为共同第一作者，该论文合作者还包括兰卡斯特大学John M. Griffin教授、美国西北大学Kent J. Griffith博士、新疆理化技术研究所杨志华研究员和胡聪博士。同时该研究工作得到国家基金委，科技部，中科院等项目资助。
　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22835-4


       文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。
1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。授权美国发明专利7项，授权中国发明专利61项。已培养博士研究生20名，硕士研究生31名，出站博士后4名。目前在站博士后3名，在读博士研究生12名，硕士研究生26名。
       张方方,博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，中国科学院大学硕士生导师，中科院青年创新促进会成员。2004年于河南大学化学化工学院化学专业获学士学位，2010年于大连理工大学材料化工系无机化学专业获博士学位，2010年9月受聘于中科院新疆理化技术研究所，在材料物理与化学研究室工作。