长链芳香多羧酸金属有机配位聚合物的合成、结构及性能研究

论文摘要

晶体工程指导下的金属-有机配位聚合物和超分子化学的研究已成为当今化学研究的热点之一。以配位键、氢键和π-π作用力等超分子作用力引导金属中心离子和有机配体自组装,设计合成结构新颖的配位聚合物,并研究其在气体吸附、分子催化、非线性光学和光学、电学、磁学等功能材料领域的应用具有重要的学术意义和潜在的应用前景。本论文在超分子自组装思想的指导下,以长链芳香多羧酸为主要配体,结合联吡啶或咪唑基丁烷为辅助配体,与过渡金属（Zn, Cd）或镧系稀土金属离子在水热或溶剂热条件下组装合成了十二个新颖的配位聚合物,利用X-射线单晶衍射分析、元素分析、红外光谱测试、热重分析、粉末X射线衍射、气体吸附、固态荧光、磁性等表征手段对合成得到的新化合物进行了结构表征及性能测试。选择3,3’,5,5’-偶氮联苯四羧酸（H4abtc）长链芳香有机配体,与过渡金属离子M2+ （M = Zn, Cd）通过溶剂热反应得到了三个新颖的结构类似的三维配位聚合物,{Zn2（abtc）（H2O）2]·3H2O·2DMF}n（1）、{[Cd2(（abtc）（H2O）（DMA）2]·（H2O）·3（DMA）}n（2）和{Cd2（abtc）（DMF）3·3DMF}n（3）,成功培养出了它们的单晶,解析了晶体结构,并对该系列配位聚合物进行了表征。配位聚合物1属单斜晶系,P21/c空间群;2属于单斜晶系,P21/c空间群;3则属四方晶系,P43212手性空间群。这三个配合物都是通过abtc4-羧酸配体将其次级结构单元相互连接形成具有一定孔隙率的三维骨架结构。选用3,4’,5-联苯三羧酸为第一配体,2,2’-联吡啶或1,4-对咪唑基丁烷为辅助配体,与过渡金属离子M2+ （M = Zn, Cd）通过水热反应得到三个新的配位聚合物,{[2,2’-bipy][Zn（HBPT）]·H2O}n（4）、{[2,2’-bipy][Cd（HBPT）]·2H2O}n（5）和{[1,4-bbi][Cd3（BPT）2（H2O）]·5H2O}n（6）。配位聚合物4是一个“Z”字形一维链结构,5是一个阶梯状一维链结构,而6则是一个二维平面结构。选用3,4’,5-联苯三羧酸,在溶剂热反应的条件下与镧系金属离子反应得到五个同构配位聚合物,{Ln（BPT）（H2O）（DMF）·3H2O}n（Ln=Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, 7-11）。该系列配位聚合物属单斜晶系,C2/c空间群,采用了[Ln2（η2-CO2）2（μ2-CO2）2]单元作为其次级结构单元（SBUs）,通过BPT3-羧酸配体将这些次级结构单元相互连接起来,从而形成了一个三维多孔骨架结构。常温固体荧光分析表明,这些聚合物各自表现出良好的稀土金属的荧光性能,同时研究了该系列聚合物的磁性。合成了一种含炔基长链芳香羧酸配体（H4PBEC）,在溶剂热条件下与Cu（NO3）2反应合成了一个新的配位聚合物12,单晶衍射分析表明12属六方晶系,R-3空间群,双核Cu（Ⅱ）离子形成了著名的水轮状次级结构单元,再由PBEC4-羧酸配体将这些基本结构单元连接起来,最终形成一个三维多孔骨架材料。荧光谱图分析表明,在该配位聚合物中Cu（Ⅱ）离子对配体H4PBEC荧光性能具有淬灭作用。气体吸附分析表明,该配合物对N2和H2具有较高的吸附量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 金属-有机配位聚合物概述
• 1.1.1 超分子化学
• 1.1.2 金属-有机配位聚合物
• 1.1.3 配位聚合物晶体的培养技术
• 1.1.4 拓扑结构类型
• 1.2 配位化合物结构的研究方法
• 1.3 金属-有机配位聚合物的性能应用
• 1.4 长链芳香羧酸配位聚合物的研究进展
• 1.5 选题意义及目的
• 第2章 基于3,3',5,5'-偶氮联苯四羧酸配合物的合成、结构和性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 试剂及合成原料
• 2.3 测试仪器
• 2.4 晶体结构测定及精修方法
• 2（abtc）（H₂0）₂]·3H₂0·2DMF}_n （1）合成、结构与性能研究'>2.5 {Zn₂（abtc）（H₂0）₂]·3H₂0·2DMF}_n（1）合成、结构与性能研究
• 2.5.1 合成
• 2.5.2 晶体结构测定
• 2.5.3 晶体结构分析
• 2.5.4 粉末X 射线衍射
• 2.5.5 红外光谱
• 2.5.6 热重分析
• 2.5.7 荧光性能
• 2.5.8 吸附性能
• 2（abtc）（H₂0）（DMA）₂]·（H₂0）·3（DMA）}_n （2）合成、结构与性能研究'>2.6 {[Cd₂（abtc）（H₂0）（DMA）₂]·（H₂0）·3（DMA）}_n（2）合成、结构与性能研究
• 2.6.1 合成
• 2.6.2 晶体结构测定
• 2.6.3 晶体结构分析
• 2.6.4 粉末X 射线衍射
• 2.6.5 红外光谱
• 2.6.6 热重分析
• 2.6.7 荧光性能
• 2（abtc）（DMF）₃·3DMF}_n （3）合成、结构与表征'>2.7 {Cd₂（abtc）（DMF）₃·3DMF}_n（3）合成、结构与表征
• 2.7.1 合成
• 2.7.2 晶体结构测定
• 2.7.3 晶体结构分析
• 2.7.4 粉末X 射线衍射
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于3,4',5-联苯三羧酸配合物的合成、结构和性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 合成原料
• 3.3 测试仪器
• 3.4 晶体结构测定及精修方法
• 20}_n （4）合成、结构与表征'>3.5 {[2,2'-bipy][Zn（HBPT）]·H₂0}_n（4）合成、结构与表征
• 3.5.1 合成
• 3.5.2 晶体结构测定
• 3.5.3 晶体结构分析
• 3.5.4 红外光谱
• 20}_n （5）合成、结构与表征'>3.6 {[2,2'-bipy][Cd（HBPT）]·2H₂0}_n（5）合成、结构与表征
• 3.6.1 合成
• 3.6.2 晶体结构测定
• 3.6.3 晶体结构分析
• 3.6.4 红外光谱
• 3（BPT）₂（H₂0）]·5H₂0}_n （6）合成、结构与表征'>3.7 {[1,4-bbi][Cd₃（BPT）₂（H₂0）]·5H₂0}_n（6）合成、结构与表征
• 3.7.1 合成
• 3.7.2 晶体结构测定
• 3.7.3 晶体结构分析
• 3.7.4 红外光谱
• 20）（DMF）·3H₂0}_n （7-11）合成、结构与性能研究'>3.8 {Ln（BPT）（H₂0）（DMF）·3H₂0}_n（7-11）合成、结构与性能研究
• 3.8.1 合成
• 3.8.2 晶体结构测定
• 3.8.3 晶体结构分析
• 3.8.4 红外光谱
• 3.8.5 粉末 X 射线衍射
• 3.8.6 热重分析
• 3.8.7 荧光性能
• 3.8.9 磁性
• 3.9 本章小结
• 4PBEC 配体的配合物的合成、结构和性能研究'>第4章 Cu（Ⅱ）与H₄PBEC 配体的配合物的合成、结构和性能研究
• 4.1 引言
• 4PBEC 的合成'>4.2 配体H₄PBEC 的合成
• 4.3 测试仪器
• 4.4 晶体结构测定及精修方法
• 2（PBEC）（H₂0）₂]·2（H₂0）·（DMA）}_n （12） 合成、结构与性能研究'>4.5 {[Cu₂（PBEC）（H₂0）₂]·2（H₂0）·（DMA）}_n （12） 合成、结构与性能研究
• 4.5.1 合成
• 4.5.2 晶体结构测定
• 4.5.3 晶体结构分析
• 4.5.4 粉末X 射线衍射
• 4.5.5 热重分析
• 4.5.6 荧光性能
• 4.5.7 吸附性能
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 大摘要