非晶态苄基铵硫酸氢盐水合物：一种新型混合相的结构无序性与光学特性

新型杂化有机-无机盐苯基铵硫酸氢铵水合物合成及结构特性研究，其结构显示非晶态特征，含硫酸根和氢硫酸根，通过光谱分析证实具有宽禁带（4.4 eV）和紫外透明特性，氢键动态与结构无序显著影响光学响应。

　　

Soulayma Mtar|Sergiu Shova|Mohamed Boujelbene

固态物理与化学实验室，LR11 ES51，化学系，科学学院，斯法克斯大学，邮政信箱1171，3000，斯法克斯，突尼斯

摘要

一种新型的有机-无机杂化盐——苄基铵硫酸氢盐水合物（化学式为 (C₇H₈N)₇(SO₄)(HSO₄)₅.H₂O）已被合成，并通过结构分析、振动分析和光学分析进行了全面表征。尽管这种化合物此前曾以具有明确晶格结构的晶体形式被报道过，但本次获得的样品呈现无定形特性，这一点通过硫酸根 (SO₄^2-) 和硫酸氢根 (HSO₄^-) 离子的存在得到了证实；同时，宽范围的 O-H 和 N-H 拉伸峰表明该物质存在广泛的氢键作用和结构无序。光学吸收和漫反射测量结果显示，在 290 nm 处存在明显的吸收峰，对应于约 4.4 eV 的宽光学带隙。Urbach 能量约为 257 meV，进一步支持了该材料无定形且富含缺陷的特性。振动数据和光学数据的结合表明，这种无定形的苄基铵硫酸氢盐水合物是一种宽带隙、透紫外线的杂化物，其结构无序和氢键动态对其光学响应有显著影响。

章节摘录

引言

苄基胺及其衍生物以其能与无机酸和有机酸形成晶体盐而闻名。已经合成了多种此类盐，包括苄基铵硝酸盐、硫酸盐、磷酸氢盐和砷酸氢盐一水合物[[1], [2], [3], [4]]，这些材料因其多样的物理化学和功能性质而受到广泛关注。例如，苄基铵盐已被用于

化学制备

该化合物的合成方法与先前报道的方法类似[15]，涉及苄基胺与硫酸在水-乙醇介质中的定量反应。反应过程如下：

准备 2 mmol 的苄基胺和 10 mL 的蒸馏水，然后加入 5 mL 的硫酸并持续搅拌。加入少量乙醇作为共溶剂以提高有机试剂的溶解度。

晶体结构

(C₇H₈N)₇(SO₄)(HSO₄)₅.H₂O 的晶体结构由七个苄基铵阳离子 (C₆H₅CH₂NH₃)⁺、一个硫酸根阴离子 (SO₄^2-、五个硫酸氢根阴离子 (HSO₄^-) 和一个水分子组成（见图 1）。该化合物属于三斜晶系，空间群 P$\bar{1}$，晶胞参数为 a=9.6126(9), b=15.3184(2), c=22.3531(1) ?, α=82.7618(7), β=80.0857(7) 和 γ=81.3831(8)°，晶胞体积为 3188.71(5) ?³，每个晶胞包含 Z=12 个分子单元。

结构

结论

所得到的苄基铵硫酸氢盐水合物 (C₇H₁₀N)₇(HSO₄)₅.SO₄.H₂ 为无定形相，与先前报道的晶体形式不同。无定形化可能是由于合成条件和溶剂组成的变化导致的，这种变化使得长程周期性丧失，但保持了硫酸根和硫酸氢根之间的短程氢键有序结构。光谱分析证实了 HSO??/SO?2? 离子之间的强相互作用。

访问代码

CCDC 2498185 包含了本文的补充晶体学数据。这些数据可通过 www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif 免费获取，或通过发送电子邮件至 [e-mail]，或联系剑桥晶体学数据中心（地址：12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK；传真：[phone]）获取。

作者贡献声明

Soulayma Mtar：概念构思。Sergiu Shova：形式分析。Mohamed Boujelbene：概念构思。

利益冲突声明

代表所有作者声明：本论文不存在已知的利益冲突。

本工作未获得任何资助。所有署名作者均已审阅并同意本文的内容，且手稿中作者的排列顺序也已得到所有作者的认可。