铁基芳香多羧酸金属-有机骨架的合成、结构及性质

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金属-有机骨架(MOFs)材料由于具有高度多孔的结构、多样的空间组成、可调的孔径和拓扑、杂化的有机-无机特性以及多功能性,目前在诸多领域内都展现了广泛的应用前景,如催化、传感、电化学、物质分离与纯化、气体存储或药物传递等。相比传统的无机多孔材料,MOFs是由金属离子或无机次级构筑单元(SBUs)与单齿或多齿有机配体通过配位作用构筑而成。通过有机配体和次级构筑单元种类、形态、尺寸及模板预先设计的合理调控,或通过后合成修饰可控制备具有丰富结构和多孔性的MOFs。芳香多羧酸配体具有丰富的羧基配位点、多样的配位模式和刚性的芳环等优点,有利于构筑结构新颖的功能配合物。因此,本论文以芳香多羧酸配体为核心,通过溶剂热合成法,构筑了3例三核铁簇基羧酸MOFs,并对其单晶结构和气体吸附等性质进行了深入研究。研究内容如下:1.选取4,4′,4′′-(三嗪-2,4,6-三基三(苯-4,1-二基))苯甲酸(H3tapb)为配体,通过调控辅助配体的配位,得到了两个三核铁氧簇基羧酸MOFs,即[Fe3(?3-O)2(tapb)2(Py)2]·3Cl(1)和[Fe3(?3-O)2(tapb)2(H2O)2]·3Cl(2)。通过光学显微镜可知二者的晶体外形分别为菱形块状(1)和柱状(2)。单晶结构分析表明两者具有非常相似的主体骨架,其中SBUs三核铁氧簇的配位环境存在差异,1中吡啶共配体的位置,在2中由水取代。此外,二者均为二重穿插结构,在a方向存在一维的菱形孔道。利用溶剂辅助金属交换策略,MOFs(1)中的铁原子可以被取代得到铬基MOFs(1-Cr),通过对多种气体的吸附性能测试表明,取代之后的MOFs材料的气体吸附性能和结构稳定性都有明显的提升。2.选取3,3′,5,5′-三联苯四羧酸(H4tptc)为配体与过渡金属铁盐反应,获得了一个具有三重螺旋轴的手性三维MOFs,即Fe107(?3-O)23(tptc)33(DEF)12(3),其中三核铁氧簇基为SBUs。固体圆二色谱表明3为外消旋混合物;磁性分析发现3具有弱的反铁磁性。此外,气体吸附测试表明3的孔隙率远大于1和2的,导致3的N2吸附量也远大于1和2。
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