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中科院新疆理化所在二价稀土化合物研究方面获进展

来源：中科院新疆理化所 作者： 收藏

无机稀土化合物具有独特的光学、电学和磁学特性，在发光材料、非线性光学、磁性及催化等领域具有广泛的应用。与三价、四价稀土离子相比，二价稀土离子具有独特的电子构型，是近年来发光材料及稀土化学研究的一个热点。但由于二价稀土离子的化学不稳定性，无机二价稀土化合物的研究进展缓慢，阻碍了二价稀土基无机光电功能材料的发展。

　　在中国科学院先导专项、国家自然科学基金及新疆维吾尔自治区自然科学基金等的资助下，中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心研究人员利用八面体和四面体组成的风车状结构框架在硫属化合物中成功地稳定了二价稀土离子，设计并制备出9例新的二价稀土硫属化合物RE^IIB^II₆C^III₆Q^VI₁₆。上述化合物结晶于非中心对称的P6空间群。在[B^IIQ₆]八面体和[C^IIIQ₄]四面体组成风车状结构框架中，二价稀土离子以独特的[RE²⁺Q₆]三棱柱构型被稳定在结构孔道之中，如图1所示。值得一提的是，上述结构中的原子取代/共取代没有引起晶体结构的变化，表明该风车状孔道结构具有很好的结构弹性和稳定性。光学性能测试表明该系列二价稀土硫属化合物具备发光和非线性光学响应的双重功能特性（图2）。其中，PrMg₆Ga₆S₁₆是一例具有发光特性的稳定二价镨基硫属化合物，证实了Pr²⁺用于无机硫属发光材料设计的可行性。此外，LaMg₆Ga₆Se₁₆表现出1.5×AgGaS₂的强非线性光学响应和3×AgGaS₂的高激光损伤阈值。这一结果丰富了稀土化学，为后续新型二价稀土功能材料的设计提供了借鉴。该研究成果发表在《创新·材料》上（The Innovation Materials,2025,3,100118）。

图1 PrMg₆Ga₆S₁₆的晶体结构：（A）Pr、Ga和Mg原子的配位环境；（B-C）沿a和c方向观察的[GaS₃]和[Ga(2)Ga(3)S₅]链；（D）风车状的[Mg₃Ga₃S₂₄]基团；（E）[Mg₆Ga₆S₁₆]框架；（F）从ab方向观察的[PrS₆]多面体排列形状；（G）从c方向观察的PrMg₆Ga₆S₁₆三维结构。

图2 RE^IIB^II₆C^III₆Q^VI₁₆的光学性质：（A-C）LaMg₆Al₆S₁₆、CeMg₆Ga₆S₁₆和PrMg₆Ga₆S₁₆的荧光光谱；（D）LaMg₆Al₆S₁₆与典型RE³⁺掺杂化合物发射峰半峰宽的统计分析；（E-F）RE^IIMg₆C^III₆Q₁₆的实验带隙及倍频强度与粒径的关系。

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