Na2Mn3(Si3O10)的晶体结构与物理性质——这一三硅酸盐系列A2M3(Si3O10)中的新成员

《Dalton Transactions》：Crystal structure and physical properties of Na2Mn3(Si3O10) – a new representative of the series of trisilicates A2M3(Si3O10)

锰基三硅酸盐Na2Mn3(Si3O10)通过280℃、50atm水热合成获得单晶，晶体结构为单斜C2/c空间群（a=16.12,b=5.01,c=10.72,β=94.08,Z=4），由层状MnO5-MnO6-MnO5线性簇经氧顶点连接成层，层间通过Si3O10四面体框架链接。BVEL计算表明Li+迁移沿b、c轴存在能垒（0.4eV和0.7eV），理论容量126.74mAh/g。磁性能显示29K和39K两个奈尔温度，形成canted antiferromagnetic有序态。

　　

通过280°C和50个大气压下的温和温度水热合成方法，获得了含锰的三硅酸盐系列A₂M₃(Si₃O₁₀)成员的单晶，其中A可以是Na或K，M可以是Ca、Cd或Mn。Na₂Mn₃(Si₃O₁₀)属于单斜晶系C_2/c，其晶胞参数为a = 16.1195(9)，b = 5.0089(3)，c = 10.7158(6)，β = 94.078(6)，Z = 4。其晶体结构由边缘共享的Mn中心多面体组成的三聚体构成，这些三聚体形成了MnO₅–MnO₆–MnO₅线性簇，并通过层内的氧原子相互连接。这些层进一步通过Si₃O₁₀四面体框架连接在一起，该框架中包含Na原子。这些三硅酸盐四面体组合接近线性排列，Si2–Si1–Si2键角为154.1°。未观察到Na⁺离子在结构通道中的移动。通过假设Li₂Mn₃(Si₃O₁₀）这种Li类似物，估算了Li⁺离子的迁移路径。研究发现，Li原子通过由空隙网络组织而成的双周期性路径迁移，这些路径围绕三硅酸盐簇弯曲并位于Mn中心多面体层之间。Li⁺离子的导电性通过键价能景观（BVEL）计算得到验证，结果显示沿b轴和c轴的能垒分别为0.4 eV和0.7 eV（沿a轴的能垒为2.6 eV）。Li₂Mn₃(Si₃O₁₀）的理论比容量为每化学计量单位126.74 mAh g^?1（对于两个Li原子）。Na₂Mn₃Si₃O₁₀的基态是一种倾斜的反铁磁体，通过两个相变（T_N1 = 29 K和T_N2 = 39 K）实现。