基于羧酸配体构筑的金属—有机框架物的结构和功能研究

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“结构决定性质,性质体现结构”是化学乃至自然科学的基本原则,这一规则对于无机化学重要分支的结构化学来说同样适用。随着时代的发展,人们对于物质结构的了解逐步深入。如何通过对结构的微调来实现对最终功能性的调控成为热点。近年来,金属-有机配合物在光学、磁性、催化、气体吸附和分离等方面日益显示出其潜在的应用价值,所以设计与合成功能性的金属-有机配合物已成为当今配位化学的研究热点之一,亦是难点之一。金属-有机配合物区别于传统分子筛的一个特点是其结构具有可调控性,除去溶剂、温度、pH、等诸多外在影响因素,配体本身构型和金属离子或者金属簇的配位模式对金属-有机配合物最终结构有着至关重要的作用。作为构件的有机配体可以预先设计,使其与特定模式的金属离子或者离子簇相互连接,实现金属-有机配合物的半定向合成。因此如何控制反应的条件半定向合成出具有目标结构的金属-有机配合物对配位化合物研究有着重要意义。本论文选用一系列羧酸类配体来构筑金属-有机框架物,既有刚性配体H2LOMe,又有小分子配体H4dbtec,通过配位键与金属Zn2+、Cd2+等稀土离子组装合成出多个新颖结构和功能的配位化合物。并通过X-射线单晶衍射、元素分析、热重分析、X-射线粉末衍射、荧光分析等测试对它们进行表征。本论文共分四章,内容如下:第一章,简单介绍了配位化学、晶体工程、金属-有机框架物等基本概念和原理,主要合成方法等,有选择性的重点描述了金属-有机框架物的新方向及新思路。第二章,通过H2LOMe和Mn2+,Cd2+,Co2+,Ni2+等离子在不同的温度和条件下组装出5种不同的金属-有机框架物,分别是{Mn(L)(H2O)2}n (1),{[Cd1.5L1.5(DEF)2]-2DEF}n (2),[Co1.5(L)1.5(H2O)]n (3),{[Co(L)(H2O)2]-4H2O}n (4),和{[Ni(L)(H2O)2]·4H2O}n (5),(H2LOMe=4,4’-(2,3,6,7-Tetramethoxyanthracene-9,10-diyl)dibenzoic acid)。第三章,通过小分子配体H4dbtec和Dy和Yb离子组装出异质同构的两种金属-有机框架物,分别是[Ln(dbtec)0.5(ox)0.53H20]n,[Ln=Dy (6),Yb (7)](H4dbtec=3,6-dibromobenzene-1,2,4,5-tetracarboxylic acid; H2oX=oxalic acid),其中在水热过程中原位产生了草酸分子,这为研究原位反应提供了依据和可能。第四章,通过小分子配体H4dbtec和Cd离子组装出一种具有二维结构的金属-有机框架物,分子式为[Cd(dbtec)0.5(H2O)3]·H2O (8),由于配体结构中Br离子的引入,致使配体的羧基和中心苯环产生了一定夹角,同Cd离子组装出具有二维44结构的金属-有机框架物,与此同时,由于氢键和Br…O的存在,加固了聚合物的结构,最终形成三维的超分子结构。我们同时还研究了该配合物的低温紫外和荧光性质。
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