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联吡啶类多孔金属—有机骨架材料的合成、结构及其性能的研究

2020-12-16阅读(892)

联吡啶类多孔金属—有机骨架材料的合成、结构及其性能的研究

论文摘要

对新材料的研究开发及其应用一直是化学家和材料学家们关注的焦点,多孔金属-有机骨架（MOFs）材料凭借其在气体储存、分离、选择性催化、吸附、可逆性客体离子交换和分子识别等方面的诱人应用前景受到国内外著名化学家和材料学家们的极大关注。其中,合理选择含吡啶／羧酸基配体等桥联配体以及多酸构件设计合成多孔金属-有机骨架已经成为该领域的富有挑战的研究课题之一。本课题主要从含吡啶基以及含吡啶羧酸基多配位功能团配体出发,辅助芳香羧酸配体以及杂多酸,合理链接过渡金属离子,成功设计和制备了一系列具有不同的拓扑结构和维数的多孔金属-有机骨架,对其结构、性能以及二者之间的关系予以讨论和分析,为多孔金属-有机骨架材料的成功设计和合成积累了一定的经验。研究结果总结为以下三个方面：1.利用水热合成技术,选择不同的联吡啶二羧酸配体：2,2’-联吡啶-5,5’-二羧酸（2,2’,5,5’-bpdc）和2,2’-联吡啶-6,6’-二羧酸（2,2’,6,6’-bpdc）作为桥联配体,与过渡金属Ni2+配位组装,成功合成了2个分别具二维方格网状和三维框架结构的金属-有机骨架[Ni（2,2’,5,5’-bpdc）（H2O）]·H2O（1）和[Ni（2,2’,6,6’-bpdc）2]·4H2O（2）。配体上羧基位置的细微差异,导致了上述2个金属-有机骨架的结构迥然不同,体现了配体对金属-有机骨架晶体结构的调控作用；配体中未参与配位的氧原子与结晶水分子之间形成了丰富的的氢键,对多孔结构的构筑和稳固起到了至关重要的作用。2.通过常温扩散法,选择刚性配体4,4’-联吡啶（bpy）和柔性配体1,2-二（4-吡啶基）乙烯（dpe）为桥联配体,同时在体系中引入联苯二甲酸（Hda）对结构进行调控,与过渡金属Ag+配位组装,分别合成了2个具有3-D框架结构和2-D的网状结构金属-有机骨架[Ag2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）和[Ag2（dpe）2（da）]·4H2O（4）。单晶X-射线结果表明,此2种化合物具有新颖的“夹心型”晶体结构：由da2-阴离子和结晶水分子构建的阴离子层通过丰富的氢键相互作用穿插于阳离子层[AgL]∞（L=bpy和dpe）之间。由于阳离子链间的强烈的π-π作用力,UV/Vis/NIR漫反射光谱测定结果表明化合物（3）和（4）具有选择性光吸收性能。3.在水热技术条件下,利用直线形刚性有机配体4,4’-联吡啶,氧化物W03、偏钒酸铵NH4VO3及不同的过渡金属离子反应,成功合成了三种具有新颖结构的杂多酸金属-有机框架化合物[Mn（bpy）（Hbpy）2]（V2W4O19） （5）、[Ni（bpy）（Hbpy）2] （V2W4O19） （6）和[Co（bpy）（Hbpy）2]（V2W4O19）（7）。（5）、（6）和（7）三种MOFs中的钒钨杂多酸[V2W4019]4-和有机配体4,4’-联吡啶分别充当无机和有机构件,均以双齿的模式与M（II）（M=Mn、Ni、Co）金属中心离子配位；多金属氧酸基把过渡金属与有机配体联吡啶连接在一起,形成无限扩展的直链[M（bpy）（Hbpy）2]4+,钒钨杂多酸[V2W4019]4-将直链桥接起来,从而扩展成了2-D砖墙结构。UV-Vis-NIR漫反射光谱结果表明上述化合物的光学能隙约为2.1eV,属于半导体材料。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 多孔MOFs的发展
  • 1.3 MOFs材料
  • 1.3.1 MOFs中的模板金属中心离子
  • 1.3.2 MOFs材料中的有机配体
  • 1.3.3 多金属氧酸盐（多酸）
  • 1.3.4 影响MOFs合成的其他因素
  • 1.4 MOFs常用的合成方法及研究方法
  • 1.4.1 均相法
  • 1.4.2 溶剂热法
  • 1.4.3 其它方法
  • 1.5 有关金属-有机骨架材料研究的不足
  • 1.6 本课题研究目的、意义和内容
  • 1.6.1 研究目的、意义
  • 1.6.2 研究内容
  • 2O）]·H2O（1）和[Ni（2,2',6,6'-bpdc）2]·4H2O（2）的合成及结构表征'>2 以联吡啶二羧酸为配体[Ni（2,2',5,5'-bpdc）（H2O）]·H2O（1）和[Ni（2,2',6,6'-bpdc）2]·4H2O（2）的合成及结构表征
  • 2.1 试剂及主要仪器
  • 2.1.1 试剂
  • 2.1.2 主要仪器
  • 2O）]·H2O（1）和[Ni（2,2',6,6'-bpdc）2]·4H2O（2）的合成'>2.2 [Ni（2,2',5,5'-bpdc）（H2O）]·H2O（1）和[Ni（2,2',6,6'-bpdc）2]·4H2O（2）的合成
  • 2.3 表征方法
  • 2.4 结果与分析
  • 2.4.1 配合物1和配合物2的化学组成
  • 2.4.2 配合物1和2的红外光谱分析
  • 2O）]·H2O（1）的晶体结构'>2.4.3 [Ni（2,2',5,5'-bpdc）（H2O）]·H2O（1）的晶体结构
  • 2的晶体结构'>2.4.4 [Ni（2,2',6,6'-bpdc）2]·4H2O2的晶体结构
  • 2.4.5 配合物1和2的热稳定性分析
  • 2.5 小结
  • 3 以联吡啶和联苯二甲酸为配体[Ag2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）和[Ag2（dpe）2（da）]·4H2O（4）的合成、结构表征和性能研究
  • 3.1 试剂及主要仪器
  • 3.1.1 试剂
  • 3.1.2 主要仪器
  • 2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）和[Ag2（dpe）2（da）]·4H2O（4）的合成'>3.2 [Ag2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）和[Ag2（dpe）2（da）]·4H2O（4）的合成
  • 3.3 表征方法
  • 3.4 结果与分析
  • 3.4.1 配合物3和4的化学组成
  • 3.4.2 化合物3和4的红外光谱分析
  • 2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）的晶体结构'>3.4.3 [Ag2（bpy）2（Hda）2]（HAc）2·2H2O（3）的晶体结构
  • 2（dpe）2（da）]·4H2O（4）的晶体结构'>3.4.4 [Ag2（dpe）2（da）]·4H2O（4）的晶体结构
  • 3.4.5 配合物3和4的光学性能
  • 3.5 小结
  • 2]（V2W4O19）[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的合成、结构表征和性能研究'>4 多酸基[M（bpy）（Hbpy）2]（V2W4O19）[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的合成、结构表征和性能研究
  • 4.1 试剂及主要仪器
  • 4.1.1 试剂
  • 4.1.2 主要仪器
  • 2](V2W4O19)[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的合成'>4.2 [M（bpy）（Hbpy）2](V2W4O19)[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的合成
  • 4.3 表征方法
  • 4.4 结果与分析
  • 4.4.1 配合物的化学组成
  • 2](V2W4O19)[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的晶体结构'>4.4.2 [M（bpy）（Hbpy）2](V2W4O19)[M=Mn（5）、Ni（6）、Co（7）]的晶体结构
  • 4.4.3 配合物5、6、7的光学性能分析
  • 4.5 小结
  • 5 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 创新点
  • 5.3 展望
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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