多元羧酸/氮杂环类配位聚合物的组装及其性能研究

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本文选择不同的多元芳香羧酸配体与过渡/稀土金属中心,综合考虑能够影响配位聚合物的组成、几何构型及其功能性的主要因素,如反应温度、溶剂效应、反应体系的pH值、物料摩尔比等,通过水/溶剂热法构筑了4个系列共25个配位聚合物,并运用X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、元素分析、光谱分析、热重分析、磁学分析等对其进行了结构表征和理化性质研究,主要内容如下:1.基于2-(3′,4′-二羧基苯氧基)间苯二甲酸(H4dpc),4,4′-双(咪唑基)联苯(bibp)配体与稀土金属通过水热法合成九个稀土配位聚合物:{[Ln(dpc)(2H2O)]·(bibp)0.5}n(La(1)、Ce(2)、Pr(3)、Nd(4)、Sm(5)、Eu(6));{[Ln(dpc)(bibp)(H2O)]·(H2O)}n(Tm(7)、Yb(8)、Er(9))。X-射线单晶衍射表明配位聚合物1-6构型相同,(···A-B-A-B···)n构型的三维框架是由dpc4-配体连接形成的二维结构(A层)与bibp配体形成的层结构(B层)之间通过氢键相互连接形成;配位聚合物7-9构型相同,三维框架是由dpc4-配体与bibp配体连接形成的二维层状结构之间通过不同的氢键相互连接形成。配位聚合物6对Fe3+、Cu2+、硝基苯、色氨酸具有较好的荧光识别效果,并通过密度泛函理论(DFT)、PXRD分析、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外可见光谱(UV-vis)和X射线光电子能谱(XPS)等分析方法对上述发光传感机制进行了讨论。2.基于1-(3-羧基苄基)苯并咪唑-5,6-二羧酸(H3caba),4,4′-联吡啶(bipy)和4,4′-双(咪唑基)联苯(bibp)配体与过渡/稀土金属通过溶剂热法合成五个配位聚合物:[Zn3(caba)2(H2O)2]n(10),[Co(caba)(bibp)1.5(H2O)]n(11),{[Dy4(caba)4(H2O)8]·(H2O)5}n(12),{[Tb4(caba)4(H2O)8]·(H2O)5}n(13),{[Er2(caba)2(H2O)4]·(H2O)2}n(14)。配位聚合物10的三维结构是通过caba3-配体之间的化学键连接形成;配位聚合物11的三维结构是由caba3-配体与bibp配体桥联形成二维网络结构之间通过交叉/平行两种氢键形成;配位聚合物12-14构型相同,是由caba3-配体桥连的二维框架之间通过结构中游离水分子之间的氢键连接形成三维框架。配位聚合物10和12对Fe3+具有识别效果;配位聚合物13对Fe3+和色氨酸具有双识别功能;配位聚合物11具有反铁磁性。通过PXRD、UV-vis、XPS等方法对识别机制进行了探索。3.基于2,4,4′,6-联苯四羧酸(H4bptb),4,4′-双(咪唑基)联苯(bibp)和4,4′-联吡啶(bipy)配体与过渡金属通过溶剂热法合成五个配位聚合物:{[Co(bptb)0.5(bibp)(H2O)2]·H2O}n(15),[Mn4(bptb)2(bibp)3(H2O)4]n(16),{[Ni(bptb)0.5(bibp)(H2O)2]·H2O}n(17),[Ni2(bptb)(bipy)2(H2O)3]n(18),[Cd3(bptb)2(bibp)3(H2O)4]n(19)。X-射线单晶衍射表明配位聚合物15与17构型相同,其三维结构是由bibp配体与bptb4-配体连接的“竹梯”链之间通过氢键和π···π弱作用力形成;配位聚合物16、18和19的三维结构是由配体之间的化学键连接形成。配位聚合物15、16、17和18具有反铁磁性;配位聚合物16,17和18具有可逆的氧化还原过程;配位聚合物19对Fe3+、Cr2O72-和Cr O42-具有较好的荧光识别效果。4.基于2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪(H3tpta),1,4-双(1-咪唑)苯(bib),2,2′-双(4-羧基苯基)-6,6′-(1-H-苯并咪唑)(H2bipb)和1,3,5-三(4-(咪唑基)苯基)苯(tipb)配体与过渡金属通过溶剂热法合成六个配位聚合物:{[Co(tpta)(bib)(H2O)]·DMF}n(20),{[Ni(tpta)(bib)(H2O)]·DMA}n(21),[Cu(tpta)(bib)0.5(H2O)]n(22),{[Zn(tpta)2(bib)4]·(H2O)3}n(23),{[Cd(tpta)(bib)(H2O)]·DMF·H2O}n(24),{[Co4(bipb)2(tipb)4(H2O)2]·(H2O)6}n(25)。X-射线单晶衍射表明配位聚合物20、21和24构型相同,其三维结构是由tpta3-配体与bib配体桥联形成的二维网络之间通过两种π···π弱作用力连接形成;配位聚合物22的三维结构是由tpta3-配体与bib配体桥联形成的二维网络之间相互交错穿插,辅以π···π弱作用力连接形成;配位聚合物23的结构是由tpta3-配体和bib配体连接形成的三维网络之间通过π···π弱作用力连接形成。配位聚合物20具有反铁磁性;配位聚合物21具有可逆的氧化还原过程;配位聚合物23对Fe3+、Cr2O72-和精氨酸具有较好的荧光识别效果。
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