基于Anderson/Keggin型多酸和吡啶羧酸及其衍生物的过渡金属功能配合物的合成及其性能研究

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本文利用水热以及溶剂热合成技术,设计合成并成功获得了15个分别以经典Anderson型和Keggin型杂多酸阴离子簇为结构导向的基于吡啶羧酸及其衍生物配体的过渡金属有机配合物。通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射分析、红外光谱和热重分析对化合物的晶体结构、组成及其热稳定性进行了表征,并对其中部分化合物的有机染料吸附性能、光催化性质和电化学行为等进行了研究。1.选择3-(2-吡啶羧酸)酰胺吡啶(HPCAP)作为有机配体,在水(溶剂)热条件下以Anderson型多酸阴离子簇作为无机建筑单元,与不同的过渡金属离子进行配位组装,最终得到了11个基于Anderson型多酸的金属有机配合物。值得一提的是,化合物1的配体PCAP’是由起始配体HPCAP在反应过程中原位转化形成的。{(H2PCAP’)2[CrMo6(OH)5O19]}·H2O(1){Cu(HPCAP)2[CrMo6(OH)6O18]}·2H2O(2){Cu3(PCAP)2[CrMo6(OH)5O19](H2O)3(DMF)2}·4H2O·2HCHO(3){Cu3(PCAP)2[CrMo6(OH)6O18]Cl(H2O)5}·10H2O(4){Co3(PCAP)2[CrMo6(OH)5O19](H2O)6}·9H2O·HCHO(5){Zn3(PCAP)2[CrMo6(OH)5O19](H2O)6}·6H2O(6){Cu3(PCAP)2[AlMo6(OH)5O19](H2O)6}·6H2O(7){Ni3(PCAP)2[NiMo6(OH)5O19](H2O)6}·8H2O(8){Co3(HPCAP)2[CrMo6(OH)6O18]2(H2O)10}·7H2O·2CH3CH2OH(9){Co3(HPCAP)2[AlMo6(OH)6O18]2(H2O)10}·6H2O(10){Zn4(PCAP)2[CrMo6(OH)6O18]2(H2O)12}·4H2O(11)[HPACP=3-(2-吡啶羧酸)酰胺吡啶;PCAP’=3-(吡啶羧酸)酰胺吡啶]在水热条件下我们得到了化合物1和2,其中化合物1是在pH约为4.2时所得,它是零维结构,并通过CrMo6多阴离子和质子化的配体PCAP’之间的氢键连接构成了一个三维超分子网络。然而,在其它条件参数不变的情况下将pH向下调节到1.5时,则会得到一个结构与1不同的超分子化合物2,它是通过一维Cu-PCAP金属有机链和游离的CrMo6多酸阴离子之间的氢键作用而拓展出的三维超分子结构。化合物3-11均为在混合溶剂体系中合成。在化合物3中,CrMo6阴离子作为无机桥接配体来连接一维Cu3(PCAP)2n4n+链从而构建出一个2D层。化合物4-8均为同构,在结构中可以观察到它们包含着两种方向的[M2(POM)2]金属有机环,这两种环可以直接将一维M-POM链扩展为三维有机框架,该三维框架可以简化为3,3,4,4-连接的{42·123·14}{42·6}2的拓扑网络。化合物9与化合物10同构,由一维Co-POM链,[Co2(PACP)2]双核环状簇和离散的多酸阴离子共同构成,它们之间互相通过氢键作用形成一个一维梯状的超分子双链。化合物11是一个由[Zn2(CrMo62]和[Zn2(PACP)2]两种双核金属簇构成的二维超分子层。这11个化合物的结构多样性表明,溶剂体系、溶液的pH和金属离子的种类在化合物不同结构的构造中起着关键的作用。此外,以化合物4为代表研究了基于Anderson型多酸的配合物的电化学性质。化合物1-11对有机染料龙胆紫和亚甲基蓝都有着显著的吸附效果。2.通过将吡啶羧酸或吡啶羧酸衍生物配体引入到Keggin型和Anderson型杂多酸体系中,在水热条件下得到4个多酸基功能配合物。[Ag12(INA)8(VW11VIWVO40)(H2O)2]·VO2(12){[Ag5(INA)5(HINA)][H3PMo12O40](H2O)]}·H2O(13)[Ag10(NCA)4(PW9V?W3VO40)(H2O)4](14)[Cu4(μ3-OH)2L2(H2O)4][CrMo6(OH)5O19](15)[INA=异烟酸;NCA=烟酸;L=6-(2,3-二氢-恶唑并[4,5-b]吡嗪-2-基)-烟酸]化合物12表现为一个由基于[VW11VIWVO40]4–的2D无机层和1D[Ag3(INA)2]n链共同构筑的3D金属有机框架,有意思的是在该框架的孔道中含有交替分布的游离的[Ag3(INA)2]n链和VO2分子。此外,12中[VW11VIWVO40]4–为起始原料[PW12O40]3–由于NH4VO3的存在而转化所得。在化合物13中,1D“鱼骨”状的金属有机链[Ag5(INA)5(HINA)]n和多阴离子[PMo12O40]3-互相连接从而形成3D框架。化合物14的三维金属有机框架由2D[Ag10(NCA)4]n6n+层和[PW9V?W3VO40]6-多阴离子共同构成。化合物15是一个由二维[Cu4(μ3-OH)2L2(H2O)4]n4n+网络和非配位模板[CrMo6(OH)5O19]4-多阴离子通过氢键作用得到的3D超分子框架,值得一提的是,15所用的恶唑配体为首次引用到多酸基配合物的合成中。并针对化合物的电化学行为、对有机染料的光催化降解以及吸附性能进行了研究。
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