硼酸鹽因具有豐富的結構類型，穩定的物化性能，在新型光電功能晶體材料、核廢料分離和隔離、商業化玻璃、非晶態氧化物催化劑、鋰/鎂離子電池等領域具有重要的應用。近90年來，研究人員相繼發現近4000種硼酸鹽化合物，而其結構化學作為調控性能的關鍵，決定著硼酸鹽物理、化學性能的極限，這也使得硼酸鹽結構化學和構效關系研究一直是該領域的熱點。理論上，硼酸鹽結構中B原子可以與O親核體通過sp、sp2和sp3雜化作用，形成直線型BO2、三角形BO3和四面體的BO4基本基團。但是，縱觀近4000種硼酸鹽化合物，關于直線型BO2基團鮮有報道，目前僅在極少數的磷灰石礦物中發現該類基團，是最為罕見的硼酸鹽的基本構筑單元，這也使得對該類基團的研究嚴重滯后。近日，中國科學院新疆理化技術研究所中科院特殊環境功能材料與器件重點實驗室研究團隊與美國西北大學研究團隊聯合發表在《自然·通訊》(Nature Communications)上的研究成果成功打破了該格局。
中國科學院新疆理化技術研究所中科院特殊環境功能材料與器件重點實驗室潘世烈研究團隊自成立至今一直堅持以研究硼酸鹽晶體結構多樣性，并進一步設計合成硼酸鹽光學晶體為主要任務和目標。近日，該團隊成功獲得一例硼酸鹽新化合物K5Ba2(B10O17)2(BO2)，該化合物結構中具有罕見的直線型BO2基團，亦是目前首例含有全部B-O鍵合構型的硼酸鹽化合物。該團隊通過固體核磁共振實驗結合理論計算明確地鑒定了其結構中存在的BO2基團，為今后該類基團的鑒別提供了最原始的參考。通過第一性原理闡明，相較于傳統BO3和BO4基團，BO2基團具有更高的光學各向異性，基于此設計的僅含有BO2基團K(BO2)具有極大的雙折射率（0.18@1064 nm），將深紫外雙折射晶體的雙折射率值推向了新高度，為設計合成高性能雙折射晶體提供了新基因。K5Ba2(B10O17)2(BO2)的發現不僅拓展了硼酸鹽的結構化學，而其中罕見的BO2基團的獨特微觀性能和光譜特征將激發更廣泛的研究，并為未來探索紫外/深紫外光學晶體材料開辟一條新路徑。
近日，相關研究成果發表在《自然·通訊》(Nature Communications, 2021, 12, 2597)上，新疆理化技術研究所為第一完成單位，新疆理化技術研究所潘世烈研究員和美國西北大學Kenneth R. Poeppelmeier教授為共同通訊作者，新型光電功能材料實驗室黃春梅、米日丁·穆太力普博士和張方方研究員為共同第一作者，該論文合作者還包括蘭卡斯特大學John M. Griffin教授、美國西北大學Kent J. Griffith博士、新疆理化技術研究所楊志華研究員和胡聰博士。同時該研究工作得到國家基金委，科技部，中科院等項目資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22835-4
