Кристаллохимия боратов серебра со структурой солевого включения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлен обзор работ в области структурных исследований боратов серебра со структурой солевого включения. Приведены сведения о первых галогенсодержащих боратах серебра, дана структурная и физико-химическая характеризация семейств Ag4B4O7X2 (X = Br, I), Ag3B6O10X (X = = Br, I, NO3), Ag4B7O12X (X = Cl, Br, I), а также Ag4(B3O6)(NO3) и Ag3B4O6(OH)2(NO3). Кристаллические структуры этих соединений каркасные, слоистые или образованы изолированными борокислородными группами. Практически во всех случаях атомы серебра демонстрируют резкий ангармонизм тепловых смещений, который был исследован методом рентгеноструктурного анализа, в том числе в широком температурном интервале. Обсуждаются причины низкой стабильности хлорсодержащих боратов серебра, а также связь ангармонизма тепловых смещений с другими свойствами, в том числе с высокой ионной проводимостью Ag3B6O10I.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Волков

Синьцзянский технический институт физики и химии; Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.n.volkov@inbox.ru
Китай, Урумчи; Апатиты

Д. О. Чаркин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”

Email: s.n.volkov@inbox.ru
Россия, Москва; Апатиты

С. М. Аксенов

Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”

Email: s.n.volkov@inbox.ru
Россия, Апатиты

А. М. Банару

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”

Email: s.n.volkov@inbox.ru
Россия, Москва; Апатиты

Ю. О. Копылова

Санкт-Петербургский государственный университет; Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”

Email: s.n.volkov@inbox.ru

Институт наук о Земле

Россия, Санкт-Петербург; Апатиты

Р. С. Бубнова

НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ ИХС

Email: s.n.volkov@inbox.ru

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bubnova R.S., Filatov S.K. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 2013. V. 228 P. 395. https://doi.org/10.1524/zkri.2013.1646
  2. Bubnova R., Volkov S., Albert B. et al. // Crystals (Basel). 2017. V. 7. P. 93. https://doi.org/10.3390/cryst7030093
  3. Topnikova A.P., Belokoneva E.L. // Russ. Chem. Rev. 2019. V. 88. P. 204. https://doi.org/10.1070/RCR4835
  4. Leonyuk N.I., Maltsev V.V., Volkova E.A. // Molecules. 2020. V. 25. P. 2450. https://doi.org/10.3390/molecules25102450
  5. Mutailipu M., Poeppelmeier K.R., Pan S. // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 1130. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00796
  6. Huang C., Mutailipu M., Zhang F. et al. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 2597. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22835-4
  7. Пятницкий И.В., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра. М.: Наука, 1975. 264 с.
  8. Shannon R.D. // Acta Cryst. А. 1976. V. 32. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  9. Hyman A., Perloff A., Mauer F. et al. // Acta Cryst. 1967. V. 22. P. 815. https://doi.org/10.1107/S0365110X6700163X
  10. Krogh-Moe J. // Acta Cryst. 1965. V. 18. P. 77. https://doi.org/10.1107/S0365110X65000142
  11. Volkov S.N., Charkin D.O., Arsentev M.Yu. et al. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 4174. https://doi.org/10.1039/D2CE00307D
  12. Volkov S.N., Charkin D.O., Kireev V.E. et al. // Solid State Sci. 2023. V. 145. P. 107311. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences
  13. Chen Z., Pan S., Dong X. et al. // Inorg. Chim. Acta. 2023. V. 406. P. 205. https://doi.org/10.1016/j.ica.2013.04.046
  14. Yakubovich O.V., Perevoznikova I.V., Dimitrova O.V. et al. // Doklady Physics. 2002. V. 47. P. 791. https://doi.org/10.1134/1.1526424
  15. Corazza E., Menchetti S., Sabelli C. // Am. Mineral. 1974. V. 59. P. 1005.
  16. Volkov S., Aksenov S., Charkin D. et al. // Solid State Sci. 2024. V. 148. P. 107414. http://dx.doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2023.107414
  17. Touboul M., Penin N., Nowogrocki G. // Solid State Sci. 2004. V. 5. P. 1327. https://doi.org/10.1016/S1293-2558(03)00173-0
  18. Sennova N.A., Bubnova R.S., Filatov S.K. et al. // Glass Phys. Chem. 2007. V. 33. P. 217. https://doi.org/10.1134/S1087659607030054
  19. Dong X., Wu H., Shi Y. et al. // Chem. A. Eur. J. 2013. V. 19. P. 7338. https://doi.org/10.1002/chem.201300902
  20. Bürgi H.B., Capelli S.C., Birkedal H. // Acta Cryst. А. 2000. V. 56. P. 425. https://doi.org/10.1107/S0108767300008734
  21. Schulz H. // The Physics of Superionic Conductors and Electrode Materials. Boston: Springer, 1983. P. 5. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-4490-2_2
  22. Perenthaler E., Schulz H., Beyeler H.U. // Solid State Ion. 1981. V. 5. P. 493. https://doi.org/10.1016/0167-2738(81)90300-3
  23. Boucher F., Evain M., Brec R. // J. Solid State Chem. 1993. V. 107. P. 332. https://doi.org/10.1006/jssc.1993.1356
  24. Bindi L., Cooper M.A., McDonald A.M. // Can. Mineral. 2015. V. 53. P. 159. https://doi.org/10.3749/canmin.1500009
  25. Kuhs W. // Aust. J. Phys. 1988. V. 41. P. 369. https://doi.org/10.1071/PH880369
  26. Volkov S.N., Charkin D.O., Firsova V.A. et al. // Crystallogr. Rev. 2023. V. 29. P. 147. https://doi.org/10.1080/0889311X.2023.2266400
  27. Kuhs W.F. // International Tables for Crystallography. Chester: International Union of Crystallography, 2006. P. 228. https://doi.org/10.1107/97809553602060000636
  28. Trueblood K.N., Bürgi H.B., Burzlaff H. et al. // Acta Cryst. A. 1996. V. 52. P. 770. https://doi.org/10.1107/S0108767396005697
  29. Morrison G., zur Loye H.-C. // Cryst. Growth Des. 2020. V. 20. P. 8071. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.0c01317
  30. West J.P., Hwu S.-J. // J. Solid State Chem. 2012. V. 195. P. 101. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2012.06.015
  31. Bai C., Han S., Pan S. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 12416. https://doi.org/10.1039/C4RA16639F
  32. Yan Y., Jiao J., Tu C. et al. // J. Mater. Chem. 2022. V. 10. P. 8584. https://doi.org/10.1039/D2TC01598F
  33. Plachinda P.A., Dolgikh V.A., Stefanovich S.Yu. et al. // Solid State Sci. 2005. V. 7. P. 1194. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2005.05.006
  34. Yakubovich O.V., Mochenova N.N., Dimitrova O.V. et al. // Acta Cryst. E. 2004. V. 60. P. i127. https://doi.org/10.1107/S1600536804023232
  35. Thornley F.R., Kennedy N.S.J., Nelmes R.J. // J. Phys. C. 1976. V. 9. P. 681. https://doi.org/10.1088/0022-3719/9/5/010
  36. Chiodelli G., Flor G., Magistris A. et al. // J. Therm. Anal. 1983. V. 28. P. 273. https://doi.org/10.1007/BF01983260
  37. Volkov S.N., Charkin D.O., Arsent’ev M.Yu. et al. // Inorg. Chem. 2020. V. 59. P. 2655. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c00306
  38. Volkov S.N., Charkin D.O., Firsova V.A. et al. // Inorg. Chem. 2023. V. 62. P. 30. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.2c03680
  39. Volkov S.N., Charkin D.O., Manelis L.S. et al. // Solid State Sci. 2022. V. 125. P. 106831. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2022.106831
  40. Копылова Ю.О., Волков С.Н., Аксенов С.М. и др. // Журн. структур. химии. 2024. Т. 65. С. 132981. https://doi.org/10.26902/JSC_id132981
  41. Volkov S.N., Charkin D.O., Marsiy I.A. et al. // J. Cryst. Growth. 2024. V. 644. P. 127837. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2024.127837
  42. Wang R., Zhong Y., Dong X. et al. // Inorg. Chem. 2023. V. 62. P. 4716. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.3c00233
  43. Huai L., Liu W., Zhang B.-B. et al. // New J. Chem. 2024. V. 48. P. 13805. https://doi.org/10.1039/D4NJ01687D
  44. Du Z.P., Zhou Y., Zhao S.G. // Chin. J. Appl. Chem. 2023. V. 40. P. 229. https://doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.220225
  45. Якубович О.В., Перевозникова И.В., Димитрова О.В. и др. // Докл. РАН. 2002. Т. 387. С. 54. https://doi.org/10.1134/1.1526424
  46. Chen Z., Pan S., Dong X. et al. // Inorg. Chim Acta. 2013. V. 406. P. 205. https://doi.org/10.1016/j.ica.2013.04.046
  47. Bai C., Yu H., Han S. et al. // Inorg. Chem. 2014. V. 53. P. 11213. https://doi.org/10.1021/ic501814q
  48. Wu H., Pan S., Poeppelmeier K.R. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 7786. https://doi.org/10.1021/ja111083x
  49. Brachtel G., Jansen M. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1981. V. 478. P. 13. https://doi.org/10.1002/zaac.19814780703
  50. Jansen M., Brachte G. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1982. V. 489. P. 42. https://doi.org/10.1002/zaac.19824890106
  51. Jansen M., Scheld W. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1981. V. 477. P. 85. https://doi.org/10.1002/zaac.19814770609
  52. Petříček V., Dušek M., Plášil J. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 2016. V. 231. P. 583. https://doi.org/10.1515/zkri-2016-1956
  53. Petříček V., Dušek M., Palatinus L. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 2014. V. 229. P. 345. https://doi.org/10.1515/zkri-2014-1737
  54. Petříček V., Palatinus L., Plášil J. et al. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 2023. V. 238. P. 271. https://doi.org/10.1515/zkri-2023-0005
  55. Gagné O.C., Hawthorne F.C. // Acta Cryst. B. 2017. V. 73. P. 956. https://doi.org/10.1107/S2052520617010988
  56. Hawthorne F.C. // Am. Mineral. 2015. V. 100. P. 696. https://doi.org/10.2138/am-2015-5114
  57. Jansen M. // Angew. Chem. Int. Ed. 1987. V. 26. P. 1098. https://doi.org/10.1002/anie.198710981
  58. Schmidbaur H., Schier A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. V. 54. P. 746. https://doi.org/10.1002/anie.201405936
  59. Filatov S.K., Bubnova R.S. // Phys. Chem. Glasses. 2000. V. 41. P. 216.
  60. Woller K.-H., Heller G. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 1981. V. 156. P. 151. https://doi.org/10.1524/zkri.1981.156.1-2.151
  61. Giese R.F. // Science. 1966. V. 154. P. 1453. https://doi.org/10.1126/science.154.3755.1453
  62. Kaußler C., Kieslich G. // J. Appl. Cryst. 2021. V. 54. P. 306. https://doi.org/10.1107/S1600576720016386
  63. Hornfeck W. // Acta Cryst. 2020. V. 76. P. 534. https://doi.org/10.1107/S2053273320006634
  64. Krivovichev S.V. // Acta Cryst. B. 2016. V. 72. P. 274. https://doi.org/10.1107/S205252061501906X

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кристаллическая структура Ag4B4O7I2 [37] вдоль направления [010] в сопоставлении с тензором теплового расширения при 200°C (а); фрагмент борокислородного каркаса в проекции на плоскость ab (б); “кернитовая” цепочка из связанных друг с другом пентаборатных групп (в); тепловые смещения атомов серебра в ангармоническом приближении (г).

Скачать (40KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Ионная (Ag2I)+ (а) и ковалентная борокислородная (б) подрешетки в структуре Ag4B4O7I2 [37].

Скачать (16KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Проекции кристаллических структур Ag4B7O12X, X = Cl (а), Br (б), I (в), вдоль оси b и соответствующие тензоры теплового расширения [38]. Справа показаны соответствующие подрешетки галогенида серебра; короткие связи Ag∙∙∙Ag 2.5–2.6 Å показаны пунктирными линиями.

Скачать (68KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фрагмент структур Ag4B7O12X, X = Cl (а), I (б), демонстрирующий ангармонизм тепловых смещений для полиэдров XAg5 [38].

Скачать (13KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кристаллическая структура Ag3B6O10Br (а), Ag3B6O10I (б) и Ag3B6O10(NO3) (в) [11, 12].

Скачать (50KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Частично разупорядоченный борокислородный каркас в кристаллической структуре Ag3B6O10Br [12].

Скачать (16KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема структурных соотношений между центросимметричными и нецентросимметричными членами семейства M3B6O10X [11, 12].

Скачать (30KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Борокислородный слой в структурах Ag8B8O15Cl2, Ag8B8O15(OH)Br (а) и борокислородные группы [B16O34], формирующие эти слои (б); кернитовые цепочки 5B:2Δ3□:(⟨Δ2□⟩−⟨Δ2□⟩−)∞, формирующие кристаллическую структуру цепочечного Ag11B8O16I3 (в) [43].

Скачать (53KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Кристаллическая структура Ag4(B3O6)(NO3) (а), группа NO3 (б), кластер B9O18 (в), изоповерхности ангармонической плотности вероятности для атомов Ag3 и Ag4 (г) [41].

Скачать (25KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Сравнение структурообразующих цепочек (а, в, д) и кристаллических структур (б, г, е) Ag3B4O6(OH)2(NO3) (а, б), Tl2B4O6(OH)2·2H2O (в, г) и кернита Na2B4O6(OH)2·3H2O (д, е) [40].

Скачать (52KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Тепловые колебания в ангармоническом приближении для полиэдров I(1)Ag4 (a) и I(2)Ag5 (б) при 127°С [38]. Показаны кратчайшие связи I–Ag и их коэффициенты теплового расширения (10–6 °С–1).

Скачать (12KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Распределение разностной электронной плотности в окрестности атома Ag2 в структуре Ag4B7O12Br при уточнении этого атома в анизотропном приближении тепловых смещений [39].

Скачать (6KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Ангармонизм тепловых смещений атомов в позиции Ag2 в структурах Ag4B7O12X, X = (а) Cl, (б) Br, (в) I [38]. Сверху показан вектор асимметрии ν и его длина; внизу – соответствующая 2D-карта. Крестиками указано положение максимума распределения, положение атомов, δ – расстояние между ними.

Скачать (17KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Температурная зависимость удельной электропроводности Ag3B6O10I [11].

Скачать (3KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Кристаллические структуры δ-Ag3B6O10I (a) и α-Ag3B6O10I (б): атомы иода (кружки), треугольники [BO3] и тетраэдры [BO4]. Для атомов серебра представлена функция плотности вероятности, которая показывает пути их миграции [11].

Скачать (19KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Ангармоническая функция плотности вероятности атомов серебра и иода в кристаллической структуре Ag3B6O10I при 400°С [11].

Скачать (15KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Зависимость объемного теплового расширения, степени его анизотропии, температуры плавления и конфигурационной энтропии от ионного радиуса галоген-иона (X) в структурах семейства Ag4B7O12X, X = Cl, Br, I [38].

Скачать (24KB)
Метаданные
19. Рис. 18. Полиэдры XAgn (n = 5–6) в структурах семейства Ag4B7O12X [38]. Размер атомов соответствует соотношению между их ионными радиусами. Частично закрашенные атомы серебра показывают заселенность их позиций.

Скачать (9KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025