5月8日,亚利桑那州立大学在《PNAS》上发表题为“Ab initio stability predictions for rare earth oxyphosphates and experimental confirmation of cerium (III) phases”的论文,报道稀土氧磷酸盐的第一性原理稳定性预测及铈(III)相实验验证。
稀土氧磷酸盐是一类通式为 (RE2O3)x(REPO4)的化合物(RE 代表镧系元素及钇),目前已确定至少四种化学计量结构,且各具独特晶体特征。这类化合物在耐火涂层、催化剂及磁性材料领域具有潜在应用价值。本研究采用基于广义梯度近似泛函(GGA-PBE)和修订强约束适当范数泛函(r2SCAN)的密度泛函理论(DFT)计算,建模了 RE3PO7 [RE3(PO4)O4]相对于稀土三氧化物(RE2O3)和正磷酸盐(REPO4)的稳定性。两种泛函的相稳定性预测结果一致,但 r2SCAN 对REPO4形成焓的计算与实验数据更吻合。预测显示,La-Dy 的 RE3PO7相在 0 K 下稳定,且空间群从 Sm 开始由 Cm 转变为 C2/m;而 Y、Ho、Er 的 RE3PO7相需依赖晶格振动熵在高温下稳定(分别高于 800 K、1000K 和 1600 K)。通过激光熔化独居石(CePO4),实验证实了与 Nd3(PO4)O3 同构的铈(III)氧磷酸盐(Ce3(PO4)O3)的合成。该化合物为单斜晶系(空间群 Cm),实测晶胞参数为:a=12.989(1) ?,b=13.413(1) ?,c=12.396(1)?,β=108.06(1)°。此外,实验确认了 RE7P3O18家族中存在结构未知的铈成员。本工作为稀土氧磷酸盐作为功能材料的进一步探索提供了依据,并表明独居石在撞击熔融过程中可能形成铈氧磷酸盐,或可应用于地质温压计研究。