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基于苯多酸配体的金属有机配合物的合成及其性能研究

2020-12-09阅读(218)

基于苯多酸配体的金属有机配合物的合成及其性能研究

论文摘要

近年来,利用过渡金属或稀土金属离子与具有多官能团的有机配体,通过配位键驱动自组装得到配位化合物一直是超分子化学研究中的活跃领域。由于配位化合物在光电、磁性、氧化还原催化、离子交换、气体吸附、分离纯化、分子识别等方面具有广泛的应用,配位化学家和晶体工程学家致力于配位化合物的设计和合成,筛选出一些良好的特殊功能材料,并且发现了许多新颖的拓扑结构类型,同时掌握了一些自组装过程中影响化合物最终结构的因素,如溶剂、配体构型、温度等,以期达到控制合成的目的。在过去的几十年中,共平面的羧酸类配体由于强的配位能力以及配位的多样性在晶体构筑过程中被广泛应用。研究表明,配体的构型和金属离子的配位模式对晶体结构有重要影响,对配体结构的简单修饰即可改变自组装产物的结构。本论文选用一系列具有空间位阻效应的非共面羧酸为主配体,掺杂咪唑类、吡啶类、或螯合的邻菲啰啉配体作为辅助配体,通过配位键或超分子弱作用与金属离子组装合成新颖的配位化合物,进一步探讨了各种因素对化合物最终结构的影响,并测定了它们的气体吸附、荧光等性能。主要做了以下工作：综述了羧酸的配位化学,以羧酸配体为主与过渡金属或稀土金属离子在水／溶液热条件下组装合成了14个新颖的配位化合物：Cu4（OH）2（SO4）（HBTC）2（bpy）·bpy（1）、Cu1.5（H2O）（TMBTC）（bpy）·0.5H2O （2）、Cd2（H2O）5（TMBTC）（bpy）2·NO3·3H2O （3）、Ni（BITMB）（TMIPA）·2H2O （4）、Zn（BITMB）（IPA）·H2O （5）、Zn2（BITMB）2（HIPA）2（IPA）·H2O（6）、Zn（TBDC1）0.5（TBDC2）0.5 （7）、Er（BDC）1.5（dmf）（H2O） （8）、Tm（BDC）1.5（dmf）（H2O） （9）、Er2（BDC）3（phen）2·3H2O （10） Tm（TBDC）1.5（dmf）（H2O）·2H2O （11）、Er2（TBDC）3（phen）2·4dm·2H2O （12）、Tm（BDC）1.5（H2O）·0.5dmf-C2H5OH·2H2O （13） Tm4（BDC）6（H2O）2（dmf）2·4dmf·2H2O （14）。单晶X-射线衍射分析表明：化合物1为三维三重穿插结构；化合物2为三维二重穿插结构、3为三维结构、4为一维链状结构、5为二维层状穿插结构、6为三维孔道结构、7是基于二核SBU构筑的三维（3,5）-连接拓扑网络结构、8和9均属于三维二重穿插结构、10-14属于三维非穿插网状结构。其中,化合物1和2是利用共面的和非共面的羧酸配体而得到不同的结构；化合物4、5、6是利用一种具有顺式-或反式-结构的咪唑类柔性配体,通过溶剂或金属控制得到配体构型和维度均不相同的化合物；化合物7通过粉末衍射证实,可通过二维双层状结构MOF-47直接转换获得；化合物8、9为异质同晶结构；化合物10-12是利用空间位阻效应得到的非穿插的镧系金属有机框架物；化合物13-14则是利用一维棒状单元组装得到的非穿插微孔金属有机框架物。同时,对化合物3、5-7做了固态荧光谱学的测试,化合物12-14做了气体吸附性质的测试,化合物1-8、12、13做了热重测试分析。以上金属-有机配合物不仅为超分子及金属-有机复合材料化学增添了新的内容,而且为寻找、筛选金属-有机复合材料提供了新的途径。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 缩写
  • 第一章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.1.1 超分子化学
  • 1.1.2 晶体工程研究进展
  • 1.1.3 配位化学中的自组装超分子化学
  • 1.2 配位聚合物
  • 1.2.1 配位聚合物化学
  • 1.2.2 配位聚合物的生长
  • 1.3 羧酸的配位化学简介
  • 1.3.1 脂肪族羧酸
  • 1.3.2 芳香族羧酸
  • 1.3.3 刚性的SBU
  • 1.3.4 储氢材料和微孔金属有机框架物的气体吸附性能
  • 1.4 选题依据和研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 基于位阻效应的苯三甲酸构筑的金属有机框架物
  • 2.1 研究背景
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 试剂与仪器
  • 2.2.2 原料的合成
  • 2.2.3 晶体的培养
  • 2.3 晶体结构分析
  • 2.4 晶体结构描述
  • 4（OH）2（SO4）（HBTC）2（bpy）·bpy（1）'>2.4.1 Cu4（OH）2（SO4）（HBTC）2（bpy）·bpy（1）
  • 1.5（H20）（TMBTC）（bpy）·0.5H20（2）'>2.4.2 Cu1.5（H20）（TMBTC）（bpy）·0.5H20（2）
  • 2（H2O）5（TMBTC）（bipy）2·N03·3H2O（3）'>2.4.3 Cd2（H2O）5（TMBTC）（bipy）2·N03·3H2O（3）
  • 2.5 性能测试
  • 2.5.1 热稳定性分析
  • 2.5.2 固态荧光性能测试
  • 2.6 小结
  • 参考文献
  • 第三章 溶剂对混合配体构筑的金属有机配合物的结构控制研究
  • 3.1 研究背景
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 试剂与仪器
  • 3.2.2 原料的合成
  • 3.2.3 晶体的培养
  • 3.3 晶体结构分析
  • 3.4 晶体结构描述
  • 2O（4）'>3.4.1 一维链状结构Ni（BITMB）（TMIPA）·2H2O（4）
  • 2O（5）'>3.4.2 二维层状穿插结构Zn（BITMB）（IPA）·H2O（5）
  • 2（BITMB）2（HIPA）2（IPA）·H2O（6）'>3.4.3 三维有孔结构Zn2（BITMB）2（HIPA）2（IPA）·H2O（6）
  • 3.5 性能测试
  • 3.5.1 热稳定性分析
  • 3.5.2 固态荧光性能测试
  • 3.6 分析与讨论
  • 3.6.1 溶剂效应对配合物5和配合物6的结构影响
  • 3.6.2 配体构型对配合物4-6的结构影响
  • 3.7 小结
  • 参考文献
  • 第四章 从单晶到单晶的转化合成新颖的拓扑结构
  • 4.1 研究背景
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 试剂与仪器
  • 4.2.2 原料的合成
  • 4.2.3 晶体的制备合成
  • 1）1/2（TBDC2）1/2（7）'>4.2.3.1 Zn（TBDC1）1/2（TBDC2）1/2（7）
  • 2(C12H12O4)2（H20）1.5（DMF）0.5·（DMF）（H20）（MOF-47）'>4.2.3.2 ZN2(C12H12O4)2（H20）1.5（DMF）0.5·（DMF）（H20）（MOF-47）
  • 4.3 晶体结构分析
  • 4.4 晶体结构描述
  • 4.5 分析与讨论
  • 4.6 小结
  • 参考文献
  • 第五章 镧系金属有机框架物的气体吸附和穿插可控研究
  • 5.1 研究背景
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 试剂与仪器
  • 5.2.2 原料的合成
  • 5.2.3 晶体的培养
  • 5.3 晶体结构分析
  • 5.4 晶体结构描述
  • 1.5（dmf）（H2O）或Tm（BDC）1.5（dmf）（H2O）（8 or 9）'>5.4.1 二重穿插结构Er（BDC）1.5（dmf）（H2O）或Tm（BDC）1.5（dmf）（H2O）（8 or 9）
  • 2（BDC）3（phen）2·3H20（10）'>5.4.2 Er2（BDC）3（phen）2·3H20（10）
  • 1.5（dmf）（H20）·2H20（11）'>5.4.3 Tm（TBDC）1.5（dmf）（H20）·2H20（11）
  • 2（TBDC）3（phen）2·4dmf·2H20（12）'>5.4.4 Er2（TBDC）3（phen）2·4dmf·2H20（12）
  • 1.5（H20）·0.5dmf·C2H5OH·2H20（13）'>5.4.5 Tm（BDC）1.5（H20）·0.5dmf·C2H5OH·2H20（13）
  • 4（BDC）6（H20）2（dmf）2·4dmf·2H20（14）'>5.4.6 Tm4（BDC）6（H20）2（dmf）2·4dmf·2H20（14）
  • 5.4.7 化合物8-14结构控制
  • 5.5 性能测试及分析
  • 5.5.1 热分析
  • 5.5.2 吸附性能研究
  • 5.6 小结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文目录
  • 学位论文评阅及答辩情况表

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