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功能配位聚合物在光学、磁学、多孔、催化和手性等方面具有潜在的应用价值,基于刚柔性芳香羧酸配体构筑的功能配位聚合物材料目前己成为该领域最有吸引力的研究课题之一。
本文通过选择系列刚柔性芳香羧酸与多齿氮基配体和金属离子,依据晶体工程学原理,利用水热合成方法成功地合成了系列具有一维,二维和三维结构的配位聚合物,并对它们的光学性质进行了调控和表征。初步总结了刚柔性芳香羧酸配位聚合物的组装方法及其空间结构的调控规律,探讨了部分配位聚合物结构与性能的关系和规律。全文共分七章:
第一章为前言,较系统地介绍了当前配位聚合物的主要研究内容、超分子作用、配位聚合物的发光研究,并说明了本课题的选题意义和目前取得的研究成果。
第二章描述半刚性对羧基苯氧乙酸(p-H2cpoa)分别与2,2′-联吡啶(2,2′-bipy)、邻菲咯啉(phen)、2-吡啶苯并咪唑(o-pbim)和2,6-二苯并咪唑吡啶(bbp)混合桥联配体构筑的六种结构新颖的配位聚合物,其中配合物[zn(p-cpoa)(phen)(H2O)]n(1)和[Cd(p-cpoa)(H2O)3]n(3)是-维之字型链状结构,配合物[Zn(p-cpoa)(bbp)]n (2)和[Cd(p-cpoa)(2,2′-bipy)(H2O)]n(4)是一维螺旋链状结构,配合物[Cd(p-cpoa)(o-pbim)]n(5)和[Cd3(p-cpoa)3(o-pbim)2]n'2H2O(6)是二维层状结构。弱酸性的配体p-H2cpoa具有配位形式多样性的特点,本章表现出六种配位模式:b(μ2-O1,O2)、c(μ2(η2-O1,O2),O3)、d(μ2(η2-O1,02),(η2-O3,O4))、g(μ3(η2-O1,O2),O3,O4)、h(μ4-(η2-O1,O2),O2,O3,O4)、i (μ4(η2-O1,O2),O3,O4),其中三种配位模式g、h、i未见文献报道。氮气气氛下TGODTG结果表明,除配合物4以外,其余配合物都具有很高的热稳定性。p-H2cpoa配体内由于存在含π共轭的芳香环,与d10金属Zn、Cd形成的配合物具有荧光性质,能发出蓝色的特征荧光,当分别引入刚性的含兀共轭的芳香环2,2′-联吡啶(2,2′-bipy)、邻菲咯啉(phen)、2-吡啶苯并咪唑(o-pbim)和2,6-二苯并咪唑吡啶(bbp)时对配合物的荧光性质具有一定的影响。配合物1-6均具有一定的荧光寿命,尤以引入2-吡啶苯并咪唑(o-pbim)的三元配体物6的荧光寿命较长。研究表明:半刚性的含π共轭芳香环的p-H2cpoa配体在构筑具有荧光性质的功能配位聚合物方面表现出潜在的应用价值。
第三章通过探讨邻苯二乙酸(o-H2bda)分别与邻菲咯啉(phen)、4-吡啶苯并咪唑(p-pbim)混合桥联配体及金属离子在水热条件下合成配位聚合物的研究,得到三种结构新颖的配合物,其中配合物[Zn(o-bda)(phen)(H2O)]n·nH2O (7) 和[Cd2(o-bda)2(phen)3(H2O)]n[0.79CH3CH2OH·3.05H2O2]n(9)是一维之字型链状结构,配合物[Zn4(o-bda)4(p-pbim)4]n(8)是一维双链结构,内含有32-、14-、14-三种成员环构成的通道体系。o-H2bda配体展现出两种配位模式:a(μ2-O1,O2)、c(μ2(η2-O1,O2),O3)。氮气气氛下TG-DTG结果表明,配合物8具有很高的热稳定性。研究表明:配合物7-9均具有荧光性质及一定的荧光寿命,能发出蓝色的特征荧光。当分别引入刚性的含π共轭的芳香环邻菲咯啉(phen)、4-吡啶苯并咪唑(p-pbim)时对配合物的荧光性质具有一定的影响,其中尤以三元配合物9的荧光寿命最长,具有潜在的应用价值。
第四章利用柔性的对苯二氧乙酸(p-H2bdoa)与刚性的2,6-二苯并咪唑吡啶(bbp)桥联配体,定向构筑了两种配位聚合物,其中配合物[Zn(p-bdoa)(bbp)]n(10)是一维螺旋链状结构,而配合物[Cd(p-bdoa)(bbp)]n(11)是一维之字型链状结构。p-H2bdoa配体表现出两种配位模式:a(μ2-O1,O2)、d(μ2(η2-O1,O2),(η2-O3,O4))。TG-DTG结果表明在389℃前配合物11是稳定的;固体荧光测定结果表明:配合物11于428 mm处发射蓝色荧光,其荧光寿命为7.24 ns,在发光材料领域中具有潜在的应用价值。
第五章基于水杨酸(Hsal)、邻羧基苯氧乙酸(o-H2cpoa)及2-吡啶苯并咪唑(o-pbim)在水热条件下合成两种配位聚合物,其中配合物[Zn(o-cpoa)(H2O)]n(12)是一维螺旋链结构,配合物[C(16(sal)4(o-pbim)10]n(13)是六核的寡聚结构。Hsal配体表现出两种配位模式:a(μ2(η2-O1,O2),03)、b(μ1(η2-O1,O2));o-pbim配体具有两种配位模式a(μ1-(η2-N1,N2))、b(μ2-(η2-N1,N2),N3);o-H2cpoa配体则表现出一种配位模式:c(μ2-(η3-O1,O3,O5),O2)。TG-DTG结果表明配合物13在192℃前是稳定存在的。固体荧光测定结果表明:配合物13于458 nm处发射蓝色荧光,其荧光寿命为4.21 ns,在发光器件中表现出潜在的应用价值。
第六章合成了多核Cdn(OH)m层,并通过它和柔性的对苯二氧乙酸(p-H2bdoa)合成柱层式三维网状结构的配合物,配合物[Cd4(OH)4(p-bdoa)22]n(14)是以四核Cd4(μ3-OH)4单元相互连接成层结构,以一个对苯二氧乙酸配体柱单元拓展成的三维柱层结构。p-H2bdoa配体的配位模式为未见文献报道的e:(μ6-O1,O1,O2,O3,O4,O4)。TG-DTG结果表明在329℃C前配合物14是稳定的:固体荧光测定结果表明:配合物14于318和419 nm处发射蓝色荧光,其荧光寿命为2.13 ns,在光发射二极管领域具有潜在的应用价值。
第七章全面地总结了本论文的工作,归纳得到了结论,提出了展望。