基于三脚架构型配体的金属有机骨架化合物的合成与性能研究

来源 :长春师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:magutosh
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近几十年来,金属有机骨架化合物(MOFs)因具有较高的孔隙率及比表面积、丰富多样的拓扑结构、可调节性及可裁剪性等优异的物理化学性质,逐渐成为了当前的研究热点之一,被广泛应用在气体存储、催化、分离纯化、药物传输、传感器等领域。本文采用了混合配体策略,利用两种刚性的三脚架构型配体与第二羧酸配体及不同的金属离子共同构建了10种结构新颖的MOFs。利用X-射线单晶衍射、粉末X-射线衍射、红外光谱、热重图谱等检测方法对这些化合物的结构进行了详细分析,并利用荧光光谱研究了它们的光物理性质。具体工作如下:1、基于三脚架构型配体三[4-(1H-咪唑-1)苯基]氧化膦的互穿MOFs的结构及发光性能研究利用tipo以及Zn2+、Cd2+合成了五个互穿结构的新型MOFs,分别命名为:[Zn2(bpdc)2(tipo)(H2O)]·5H2O(1),[Cd(tipo)2][Cd2(bdc)3]·4H2O(2),[Cd2(ndc)2(tipo)2]·3H2O(3),[Cd2(bpedc)2(tipo)2]·15H2O(4)和[Cd2(hfdc)2(tipo)2]·10H2O(5)。X射线单晶结果表明,化合物1为3,3,4-连接网络平行穿插形成的2D→3D多聚轮烷结构;化合物2为由2D kgd和3D pcu阴阳离子骨架互穿形成的三维网络结构;化合物3为sql网络平行互穿形成的2D→3D多聚轮烷结构;化合物4为4重互穿的3,5-连接的3,5T1网络结构;化合物5为2重穿插的sdd网络结构。通过元素分析、红外光谱、热重和荧光光谱等手段对所得MOFs进行了结构和性能的表征,结果表明化合物1-5均呈现出优异的荧光性能。2、基于三[4-(1H-咪唑-1-基)苯基]膦氧化物(tipo)的自穿MOFs的合成与性能研究利用tipo以及Zn2+、Cd2+合成了两个自穿结构的新型MOFs,分别命名为:[Cd3(bdc)(HCOO)2(tipo)2(H2O)2]·2NO3·6DMF(6)和[Zn8(OH)4(bpdc)6(tipo)4]·16DMF(7)。X射线晶体学表征结果表明,化合物6为4,6-连接的具有1D孔道的自穿网络结构;化合物7为3,4-连接的自穿网络结构,在其孔道表面有未配位的P=O基团。继而,对所得MOFs进行了元素分析、红外光谱、热重、荧光光谱和吸附等结构和性能的表征。结果表明:化合物6可以有效吸附Cr2O72-;通过后合成修饰方式,将Eu3+和Tb3+离子分别引入到化合物7的孔道中,最终制备出具有优良发光性能的稀土/MOF复合材料,并详细考察了其光学性能。3、基于三脚架构型配体三[4-(2’-甲基咪唑基)苯基]膦氧化物(tmpo)的MOFs的合成与性能研究以tmpo作为有机连接体,与金属Zn2+和Cd2+合成出三个新型的MOFs,分别命名为:[Zn2(cdc)(tmpo)2]·2NO3·5DMF(8),[Cd3(2,6-ndc)3(tmpo)2]·8H2O·4DMF(9)和[Cd2(bpedc)(tmpo)2]·2NO3·4H2O·2DMF(10)。X射线单晶分析结果证实:化合物8为自穿的阳离子型骨架;化合物9呈现出3,4-连接的自穿网络结构;化合物10为4,5-连接的自穿网络结构。同时,我们对化合物8选择性吸附有机染料的行为进行了系统的研究,结果表明化合物8可选择吸附阴离子型有机染料甲基橙和荧光素钠,吸附量分别达到了96%和97%;对化合物10进行了硝基爆炸物的检测,其4-NP的检测限为1.4×10-44 M,2,4-DNP的检测限为5.0×10-55 M,这表明化合物10可以作为检测4-NP和2,4-DNP的高效荧光探针。
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