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本文通过选用刚性/柔性有机二羧酸配体与过渡金属作用构筑了系列配位聚合物,在对其单晶结构详细表征的基础上,研究了其中多孔化合物的吸附等性能,探讨结构一性能的相关性,为金属有机多孔框架材料的设计与合成提供了新的方法和思路。全文共分7章。
第1章介绍了本研究的背景,重点就多孔配位聚合物这类新型功能材料在气体储藏和分离等领域的潜在应用的研究现状做了详细介绍,并介绍了新近出现的动态多孔材料这种智能材料的研究进展以及单晶转换这个辅助手段在此类研究中的作用,最后对论文选题意义和进展做了概述。羧酸配体丰富多变的配位模式,配体的构型差异和合成的框架材料网络间不同的作用力可以实现刚性或动态多孔配位聚合物的构筑,故本文选取刚性/柔性二羧酸作为构筑金属有机骨架的桥连配体。
第2章描述了一系列过渡金属离子与一个多变的二羧酸和二胺共配体构筑的五个金属有机配位聚合物。由于这个多变二羧酸配体丰富的配位模式和线性二胺配体的引入,得到了系列具有不同结构的超分子配合物,并对它们的荧光和磁学性能做了探讨。
第3章描述了一例罕见的三维手性配位聚合物的单品到单晶的转换以及二阶非线性光学性能。在溶剂热的条件下,通过一个非手性的柔性多变的二羧酸和CdⅡ成功得到一个具有含有手性螺旋链的手性配位聚合物。
第4章描述了一个基于双核铜的轮桨状次级结构单元的二维多孔配位聚合物的构筑和吸附性能的研究。利用一个V型芳香二羧酸配体与CuⅡ通过混合溶液在室温下成功合成一例二维多孔材料。其结构中含有碗状空穴连接起来形成的一维通道。
第5章描述了两个框架同分异构的多孔配位聚合物的合成、结构和吸附性能。利用一个V型多变的氧醚芳香二羧酸配体与CuⅡ通过溶剂热和溶液反应成功得到两个超分子异构体。前者通过二维层间强烈的π-π堆叠作用形成一个刚性的多孔材料,而且由于孔径较小,该多孔配位聚合物对N2的吸附能力小于对CO2的吸附能力。后者是一例三重互穿的三维多孔网络,当去除客体分子后,生成的刚性多孔材料对N2、CO2以及甲醇、乙醇、丙酮等有机小分子都表现出良好的吸附性能;
第6章描述了两个基于无限棒状次级结构单元的配位聚合物。通过溶液和溶剂热反应,利用一个线性芳香二羧酸配体分别得到一个CoⅡ和一个CdⅡ的三维网络。前者由于[Co-H2O]一维链的存在在磁学上表现为链内自旋倾斜、链间反铁磁作用的变磁体。后者则在去除溶剂配体后产生了一维菱形通道,对甲醇分子具有良好的吸附性能。
第7章描述了两个基于多核金属簇和一例二重互穿的三维多孔配位聚合物构筑和吸附性能。在有无线性二胺配体存在的不同条件下,通过一个含磺酸基团的芳香二酸配体分别组装出两个基于多核金属簇的多孔配位聚合物。在没有二胺配体的情况下,磺酸根参与了配位,去除品格水和配体水分子后产生了较小的一维通道,因而仅对甲醇分子具有吸附能力。后者则是由金属一二羧酸根形成二维双层结构,再通过直线型二胺配体柱撑为三维网络。由于磺酸根没有参与配位及其在单晶中的不同指向,去除客体分子后得到了具有双孔结构和碱性通道的多孔材料,并在N2和CO2间显示了选择性吸附的行为。同时,由于孔道人小不同及与有机小分子之间的不同作用力,该材料仅对甲醇表现出一定的吸附能力而基本无乙醇、丙酮吸附性能。二重互穿的配位网络在去除溶剂分子仍具有一定的通道,并且由于裸露的磺酸根存在于孔道中,因而该孔状材料仍对CO2具有相当的吸附能力。