由于含氟化合物獨(dú)特的物理化學(xué)性能，使得其在現(xiàn)代化學(xué)和材料中扮演著越來(lái)越重要的角色。氧氟混合配位基元如BO3F，BO2F2，COF3，PO3F，SO3F等都已在對(duì)應(yīng)的硼酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等晶體結(jié)構(gòu)中被發(fā)現(xiàn)，但硅酸鹽是個(gè)例外。硅酸鹽結(jié)構(gòu)多樣、種類(lèi)繁多，具有島狀的橄欖石、層狀的石英、環(huán)狀的蒙脫石等結(jié)構(gòu)類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)豐富性?xún)H次于碳酸鹽。這使得硅酸鹽具有多樣的物化性能，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、科研及日常生活中，如離子導(dǎo)體、激光材料、催化性能、離子交換、吸附劑等。近年來(lái)含氟硅酸鹽的研究成為硅酸鹽的一個(gè)研究熱點(diǎn)。然而到目前為止，在無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有氧氟混合配位的SiOxF4-x四面體或SiOxF6-x八面體的化合物（以下稱(chēng)氟化硅酸鹽）。
在經(jīng)典的硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，由SiO4四面體共頂點(diǎn)連接形成復(fù)雜多樣的Si-O框架。含SiO6八面體化合物則僅存在于高溫高壓的深層地幔中，如金紅石型的SiO2和鈦鐵礦型MgSiO3等。在常壓下，SiO6八面體目前只存在于少數(shù)幾個(gè)復(fù)合硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，如SiP2O7,Si5P6O25,(NH4)2SiP4O13，Rb2SiP4O13,Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O和BaH2Si(P2O7)2。中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所特殊環(huán)境功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘世烈團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些化合物都具有電負(fù)性較強(qiáng)的非金屬原子，如氫、磷、硫等，并且通過(guò)氧原子與SiO6基元直接相連，它們?cè)赟iO6八面體的形成中可能扮演著重要角色。而SiO6八面體中的Si-O鍵明顯弱于SiO4四面體中的Si-O鍵，因此SiO6中的氧更易被氟取代。為了進(jìn)一步研究Si-O的配位規(guī)則和拓展硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)選擇在硅磷酸鹽中引入氟，設(shè)計(jì)合成含有SiOxF6-x八面體配位的氟化硅酸鹽。為了防止氟在高溫合成中揮發(fā)，合成途徑選擇在密閉體系中。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探索，該團(tuán)隊(duì)合成了首例含SiO2F4八面體的無(wú)機(jī)晶體K4Si3P2O7F12。其晶體結(jié)構(gòu)通過(guò)單晶XRD、鍵價(jià)計(jì)算、固態(tài)核磁、元素分析以及紅外光譜等技術(shù)很好地確定。通過(guò)鍵價(jià)和第一型原理計(jì)算分析，認(rèn)為在該結(jié)構(gòu)中，P原子是SiO2F4八面體穩(wěn)定存在的關(guān)鍵因素。這對(duì)于合成新的氟化硅酸鹽化合物具有重要的指導(dǎo)作用。
相關(guān)研究成果發(fā)表在化學(xué)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。這項(xiàng)研究成果是該團(tuán)隊(duì)在研究系列氟硼酸鹽（如Li2B6O9F2 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916), NH4B4O6F (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10645), NaB4O6F(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6577)， RbB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2150),CsB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14119)，和SrB5O7F3(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6095)）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展深紫外光電功能晶體材料研究體系的最新進(jìn)展。
該研究工作得到國(guó)家基金委、科技部、中科院等項(xiàng)目資助。
圖：K4Si3P2O7F12晶體結(jié)構(gòu)和固態(tài)核磁表征
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