基于三联吡啶羧酸和咪唑羧酸配体的配合物的合成及性能研究

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金属-有机框架(MOFs),又称配位聚合物(CPs)是一类通过金属离子和有机配体自组装而成的新型多功能晶体材料,因其结构多样和性能优良已经成为配位化学的热门研究领域之一。研究表明,金属离子和有机配体的选择在调节MOFs材料的结构和性能方面起着重要的作用。本文选用双功能的三联吡啶羧酸和咪唑三羧酸作为配体,合成了四个结构新颖和性能优良的配位聚合物,具体内容如下所示:  其一,具有刚性和共轭结构的三联吡啶羧酸配体表现出多样的配位模式,通常用于构筑结构多样和具有发光性能的配位聚合物。本文以4’-羧基-2,2:4’,4-三联吡啶(L1)和4’-羧基-2,2’:6’,2’’-三联吡啶(L2)为配体,通过水热法与具有d10电子构型的银离子反应合成了两个新的配合物[Ag2(L1)Cl](1)和[Ag9(L2)]·NO3(2)。配合物1为基于一维银链的三维网络结构,其拓扑符号标记为{4·82}{4·83·102}{42·6·82.10}{42·6},且Ag···Ag间的距离在3.130(1)-3.731(2)埃米范围内。用配体L2代替L1得到不同拓扑结构的配合物2。配合物2表现出二维层状结构,其拓扑符号标记为{4·62}2{42·62·82}{5·62}2{52·6}2{54·82},且Ag···Ag间的距离在2.867(1)-3.116(2)埃米范围内。三联吡啶羧酸配体采用不同的配位模式与银离子配位使得配合物1和2表现出不同的结构。同时,我们研究并讨论了配合物1和2的红外、紫外可见、荧光光谱及电化学性能。  其二,咪唑羧酸配体作为含氮杂环羧酸配体的一种,它同时具有羧酸和咪唑类配体的特性,广泛应用于构筑结构多样的磁性配位聚合物。本文以4,5-二甲酸-1H-咪唑为模板,设计并合成了两个取代基长度不同的半刚性双功能配体:1-(4-苯甲酸)-4,5-二甲酸-1H-咪唑(L3)和1-(4-乙酸)-4,5-二甲酸-1H-咪唑。通过水热法,配体与乙酸钴反应得到了两个在低温下均表现出慢磁弛豫行为的高维磁性配位聚合物{[Co(H2O)6]·[Co2(L3)2]}n(3)和{Co(H2O)(L4)}n(4)(L4为1-(4-乙酸)-5-甲酸-1H-咪唑),并对其结构进行表征。在配合物3中,存在稳定的一维钴-羧酸链。相比之下,通过改变4,5-二甲酸-1H-咪唑取代基的长度,得到了一个结构中包含二维钴-羧酸层的配合物4。量子蒙特卡罗方法(QMC)模拟和密度泛函理论(DFT)计算结果揭示了配合物4的弱铁磁和反铁磁耦合机理,即存在两种超交换通道,syn-anti型羧基桥为-/+/-,syn-syn型羧基桥为-/-/-。从高频顺磁共振(HF-EPR)(频率为60-260GHz,磁场强度为0-12T)的测量数据可以得出,配合物3和4的有效g值均大于2.00,D值可能为正值。
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