2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸金属—有机配位聚合物的合成,晶体结构和性能研究

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金属-有机配位聚合物是有金属离子和多功能有机配体组合而成的,它在光电功能材料、气体存储材料、磁性材料以及催化等诸多领域都表现出了诱人的的应用前景。它的研究涉及到无机配位化学、有机化学、晶体化学及材料化学等诸多领域,已成为当今化学研究领域的热点之一。有机配体的分子结果富于变化,而无机离子具有丰富的光学,电学和磁学性能,因此,金属-有机配位聚合物既能够表现出有机物的特点又具有无机物的性能。本论文选择了一个既含有羧酸基团又含有羟基基团的2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸(H4-DHBDC)有机配体,利用它与镧系金属离子反应合成了11个金属-有机配位聚合物。(a)镧系金属离子与2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸有机配体在DMF为溶剂的反应条件下合成了5个异质同晶的,结构新颖的配合物:{[Ln2(H2-DHBDC)3(DMF)4](DMF)2}n(Ln=La(1), Nd(2), Sm(3), Gd(4), Er(5))。(b)镧系金属离子与2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸有机配体在水热条件下合成了6个新颖的配合物:(6)--(7)[Ln (H2-DHBDC)1.5(H2O)2]n(Ln=La(6), Pr (7))(8){[Nd(H2-DHBDC)1.5(H2O)3](H2O)}n(9){[Eu(H2-DHBDC)(NO3)(H2O)4](H2O)2}n(10)--(11){[Ln2(H2-DHBDC)2(DHBDC)0.5(H2O)3](H2O)4}n(Ln=Gd(10), Dy (11))。这些配合物的结构从一维链到二维层结构,再到三维骨架结构,它们共有4种不同的晶体结构,本论文对所有的金属-有机配位聚合物进行了结构表征如单晶X-射线衍射和红外光谱,同时还对部分配合物的吸附性能、磁性和热稳定性进行了研究。本论文分为四个部分:第一章为前言,简要介绍了金属-有机配位聚合物以及金属-有机配位聚合物的最新研究进展。第二章介绍了5个异质同晶的配合物:{[Ln2(H2-DHBDC)3(DMF)4](DMF)2}n(Ln=La(1), Nd(2), Sm(3), Gd(4), Er(5))的合成方法,描述了它们的晶体结构,分析了它们的物理性能。配合物{[Ln2(H2-DHBDC)3(DMF)4](DMF)2}n包含一个双核的Ln2(COO)6簇结构,并通过C6H5(OH)2连接成了三维的结构。在该三维结构中存在着一维的开放孔道,在孔道中包含有游离的和配位的DMF分子。同时我们对Gd(4)进行了气体吸附试验,发现除掉溶剂分子的Gd(4)对CO2具有吸附性,但是对N2没有吸附效果,因此是一个潜在的气体分离的材料。Gd(4)的磁性研究表明,Gd3+之间为反铁磁性的相互作用。我们还对以上5个配合物进行了粉末衍射(PXRD)的研究。第三章对镧系金属离子与2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸有机配体在水热条件下合成了6个结构新颖的配合物:(6)--(7)[Ln (H2-DHBDC)1.5(H2O)2]n(Ln=La(6), Pr (7))(8){[Nd(H2-DHBDC)1.5(H2O)3](H2O)}n(9){[Eu(H2-DHBDC)(NO3)(H2O)4](H2O)2}n(10)--(11){[Ln2(H2-DHBDC)2(DHBDC)0.5(H2O)3](H2O)4}n(Ln=Gd(10), Dy (11))。配合物Ln=La(6)和Pr (7)为异质同晶的三维结构其中包含着独特的一维管状孔道。Nd(8)和Eu(9)分别为二维层状结构和一维Z字形链状结构,它们通过氢键的作用形成了三维的超分子结构。Gd(10)和Dy (11)为异质同晶的三维结构,在这两个配合物中,羧酸基团桥连金属离子形成了一个包含O–Dy–O–Dy–O无限链的金属-羧酸棒状的次级构筑单元,金属-羧酸棒状的次级构筑单元通过苯环的连接形成了三维结构。我们对配合物Pr (7),Nd(8),Gd(10)和Dy (11)进行了磁性的测定,并对磁学性能进行了分析。除此之外我们对所有的配合物进行了元素分析,热重分析,红外光谱分析。同时对Nd(8),Eu(9),Gd(10)和Dy (11)进行了粉末衍射(PXRD)的研究。第四章是对本论文工作的总结与展望。
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