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配位聚合物具有丰富多样的结构和广泛的潜在应用价值。近年来,配位聚合物的自组装、结构及性质的研究成为当前“晶体工程”研究的主要内容。金属离子、配体和辅助配体对配位聚合物的结构和功能都有重要影响。本论文的主要目的在于研究水热合成方法组装配位聚合物的规律、配位聚合物的结构和相关性能。利用含氮、氧配体在水热合成条件下与金属离子反应,合成了15种新颖结构的配位聚合物,考察了金属离子、配体和辅助配体这三种因素在配位聚合物的形成过程中的作用。
一、由1,2,4-btc和p-bix构筑的Zn2+、Cd2+、Ag+的配位聚合物本章我们选用了三种不同的过渡金属离子Zn2+、Cd2+和Ag+,在相同的反应条件下,它们分别与配体H3btc和p-bix反应生成了配合物[Zn2(btc)(Hbtc)0.5(p-bix)2]n(1)、[Cd1.5(btc)(p-bix)]n(2)和[Ag3(btc)(p-bix)1.5·H2O]n(3)。
在这些配合物中,由于金属的不同,H3btc配体显示了不同的配位模式,bix配体采取不同的构型,对配合物的结构产生重大影响。三个配合物都是三维结构,其中配合物1展示了奇特的构型,是由链连接倾斜的大楼;配合物2是由二维层和bix梯子构筑而成的三维框架;配合物3通过弱相互作用形成三维超分子结构。配合物1-3在室温下在激发都显示出较强的蓝色荧光发射,可作为潜在的荧光材料使用。
二、由Cd2+和Bix组装的配位聚合物本章我们选用了三种异构的中性二咪唑环配体:o-bix,m-bix和p-bix,研究它们构筑配合物的能力和差异。此外,2,3-二羧基吡嗪能够通过羧基和吡啶环上的氮原子和金属离子配位,被作为辅助配体引入。我们把Cd2+作为中心离子,得到了三个配位聚合物[Cd0.5(o-bix)NO3]n(4)、[Cd(m-bix)2(H2O)2·2NO3]n(5)和[Cd(2,3-pidc)(p-bix)]n(6)。
由于不同的bix配体上咪唑环位置的差异,这些配位聚合物的结构完全不同,体现了配体对配位聚合物构筑的调控作用。配合物4是一维链状结构,配合物5是二维二重穿插结构,而配合物6是二维层状结构。配合物4-6在室温下在360nm激发都显示出蓝色荧光发射,可作为潜在的荧光材料使用。
三、Ca(Ⅰ)卤素化合物和中性含氮配体组装的配位聚合物本章我们用Cu(Ⅰ)卤素化合物(CuCl或CuI)和几种不同的二齿桥连配体组装,得到了四个配位聚合物{[Cu(o-bix)I]2}n(7),[Cu(Bpy)0.5Cl]n(8),[Cu(p-bix)0.5(p-bix)0.5I]n(9)和{[Cu(p-bix)Cl]2·4H2O}n(10)。
配合物7为一维链状结构;配合物8是由Bpy配体连接[Cu2Cl2]∞梯状链形成的二维层状结构;配合物9是由大环构成的二维结构;配合物10通过π-π堆积作用形成三维超分子结构。
四、镧系稀土配位聚合物本章我们用镧系稀土金属和2,3-pidc配体或Btec配体反应,得到了5个配合物:{[L2L4(2,3-pidc)5(H2O)6]·8(H2O)}n(11)、{[Ce2(2,3-pidc)3(H2O)]·2(H2O)}n(12)、{[Dy2(2,3-pidc)3(H2o)5]·3(H2O)}n(13)、[Ce(Btec)0.5(Btec)0.5(H2O)]n(14)和{[Sm(H2btec)0.5(Btec)0.5(H2O)]·2(H20)}n(15)。
采用不同的镧系金属盐和2,3-pidc配体或Btec配体H3btc配体进行水热反应,通过自组装得到了配位聚合物11-15。由于采用不同的稀土金属,配体显示了丰富的配位模式,从而构成不同的空间结构。在这些配合物中,配合物11、12、14、15都是通过簇合物单元连接而成的三维结构,配合物13是二维层状结构;且配合物11、12、15都具有一定尺寸、填充了水分子的孔洞,可作为潜在的吸附材料。
本论文的主要创新之处:
本论文较为系统地研究了含氮、氧配体配位聚合物的结构和性质。针对1,2,4-btc芳香羧酸配体的不对称性和丰富的几何构型,柔性bix配体对于结构构筑的不可预测性,考察了不同的金属对配合物结构的影响。特别值得提出的是,配合物1具有非常新颖的结构,类似的结构少有报道。配合物1-3具有较强的蓝色荧光。
采用同一种金属离子和不同结构的含氮bix配体进行组装,分别得到了一维、二维穿插、二维层状结构的配位聚合物。由此考察了配体结构在配合物组装过程中的重要作用。
研究了稀土金属配合物的结构和性质。由于稀土金属的配位数较高,和含氧配体容易形成多核簇合物,并得到了一系列具有孔洞结构的配位聚合物,可作为潜在的吸附材料。
以上结果表明,金属离子、配体和辅助配体可以在很大程度上影响配位聚合物的组装,从而得到具有新颖结构和特异性功能的配位聚合物,对于丰富配位化学、深入理解分子组装和识别具有积极的意义。