过渡金属化合物的合成及其物理性质研究取得重要进展

过渡性金属化合物因为其独有的力、热、光、电、磁学性质以及展现出出有的众多协同效应而沦为无机液体化学领域的研究热点。由长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室(捐)孟健研究员主持人，由北京科技大学邢献然教授和长春应化所武志坚、曹学强研究员等构成的研究团队分担的国家自然科学基金重点项目“过渡性金属化合物的制备及其类似性质的研究”日前通过国家自然科学基金委的组织的*检验。

*指出该项目获得的研究成果具备最重要的学术意义和普遍的实际应用于价值，超过国际同类研究的*。一、针对过渡性金属化合物的结构、化学键的成键与电学及磁学性质的关系，展开了化合物的结构设计，积极开展了构效关系理论仿真，力图阐述化合物晶体结构与物理性质的关系。对YBaMn2O5的电学和磁学性质展开了研究，找到此类化合物随着Mn-O-Mn角度的变化，其磁耦合由G型鼓吹铁磁改变到A型反铁磁，理论计算结果既反对了实验结果，也检验了Goodenough的磁耦合理论。

顺利地预测了一种新型的化合物CaCu3Fe4O12的热力学稳定性，并具备亚铁磁性半金属结构，近于有可能沦为一种新型的磁矩电子材料。我们的文章公开发表后旋即，日本京都大学Y.Shimakawa教授的研究小组顺利地制备出有了该化合物，充分证明理论研究的可靠性和前瞻性。二、从结构设计抵达，研究了化合物的结构畸变与物理性质的关系，明确提出了化合物中离子与电子传导的机理，设计制备了中低温条件下性能较好的氧离子导体。

自行设计、研制了一套较完整的电学性质测试系统，可以自动控制测量材料的导电亲率和Seebeck系数。温度和氧分压的测试范围广(1~10-17Pa，室温~1000℃)，可以仿真任何氧分压条件的气氛；设计制备了新型液体氧化物电解质La2Mo2O9、La3MMo2O12以及双钙钛矿结构氧化物，找到它在中温区的氧离子电导率低于传统的萤石与钙钛矿结构液体电解质。找到Mo离子的d轨道的相互作用可以构成t2g轨道的必要重合，可以指出Mo离子的电子通过σ键或π键光子到邻近的Mo离子上，进而产生了电子的传导。

更进一步完备了离子与电子传导机理。三、对一系列的铅基钛酸盐陶瓷展开了研究，通过Rietveld方法展开了化合物的全谱数值的结构精修，用有序-无序模型解决问题了化合物中B位的有序-无序问题，找到了由过渡性金属离子的掺入可以很好调节化合物的热膨胀性质，找到了近零收缩的新材料。通过设计制备和结构畸变的方法，对铅基钛酸盐陶瓷(1-x-y)PbTiO3-xBiFeO3-yBi(Ti1/2Zn1/2)O3展开了研究，通过Rietveld对他们的结构展开了精修，用有序-无序模型解决问题了B位的有序-无序问题；找到在-140？700℃具备零收缩特性的PbTiO3-0.1BiFeO3-0.3Bi(Zn1/2Fe1/2)O3基化合物。

研究了稀土掺入的铅基钛酸盐系列化合物的制备、晶体结构、热膨胀性，适当的固溶区缩、化合物的非化学计量性、固溶化合物的热力学稳定性、固溶化合物(纳米颗粒)形貌与宜溶度的关系等，找到胜热膨胀材料液体电解质Zr1-xYbxW2O8，在300-700℃为氧离子导体；减少Y加杂提升空位浓度，提升离子电导率。并制取出有热膨胀系数固定式，且陶瓷力学性能较好的负热膨胀复合材料ZrW2O8/Al2O3陶瓷。

首次强化了铅基钛酸盐的负热膨胀特性，找到了可以调节至(将近)零收缩TEC材料。上述研究成果具备最重要的学术意义和普遍的实际应用于价值，超过国际同类研究的*。该项目在继续执行期间，在Appl.Phys.Lett.，Phys.Rev.B,Chem.Mater.，Inorg.Chem.,Cryst.GrowthDesign.,Euro.J.Inorg.Chem.，J.Phys.Chem.B,J.Chem.Phys.,J.Appl.Phys.等国内外最重要刊物上公开发表学术论文110篇，其中国外刊物101篇，已出版发行专著1部，申请人国家发明专利18项，其中许可9项，同时培育了一批年青的学术带头人，其中一人获得中科院“百人计划”资助，一人被选为教育部长江学者特聘教授。

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