论文部分内容阅读
金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)由于其结构丰富多样、孔尺寸可调和表面易于功能化等特点而引起广泛的关注。其中,柔性金属有机框架(Flexibility Metal-Organic Frameworks,简称柔性MOFs)可以在保持自身晶态的同时对外界刺激(客体分子、光、热、电等)做出响应,表现出有趣的刺激响应性能,在气体吸附与分离、客体分子的特异性识别、质子传导、催化以及荧光等领域具有重要的意义。我们课题组在2011年报道了一种四面体咪唑框架(TIFs)材料,其中TIF-A1是由Zn盐、腺嘌呤和异烟酸构成的具有一维通道的三维框架,框架上含有大量的不饱和氮位点和氨基,表现出较好的二氧化碳吸附和分离性能。此外,不同尺寸的酰胺类溶剂能够合成出TIF-A1,且框架表现出潜在的柔性特征;而在去除客体分子后框架对一些小分子气体均表现出刚性的特征。本论文以TIF-A1为研究对象,探索不同的方法简易规模化合成该材料,在此基础上,还选用不同的气体分子作为探针探测到该框架的柔性特征,并进一步研究了其杀菌性能。首先,我们开发了TIF-A1简易快速合成的方法。从反应原料、合成条件以及产物等因素对最初传统的溶剂热法进行改进,开发出多种简易方法(室温、超声、搅拌和回流)实现了TIF-A1的快速合成。通过直接加热回流的方法能够实现TIF-A1的大规模合成(>800 g),得到的产物具有较好的晶态和酸碱稳定性。单组分气体吸附和双组分穿透实验进一步证实了TIF-A1优异的气体分离性能。在通过简易合成方法得到大量TIF-A1材料的基础上,我们以乙炔为探针分子研究TIF-A1的柔性。前期工作中,TIF-A1对氮气、氢气、二氧化碳等小分子气体都表现出刚性的特征。进一步用C2烷烃作为探针分子时,TIF-A1对乙炔分子表现出与温度相关的柔性吸附性能。通过原位单晶、同步X射线衍射和分子模拟等方法对负载乙炔分子的TIF-A1结构进行完整的表征,实验结果表明TIF-A1结构动态变化的原因主要是由于乙炔分子与框架发生强的相互作用,从而推动异烟酸配体旋转。还选择了在异烟酸上引入氨基构筑的同构NH2-TIF-A1框架进行对比,发现NH2的引入使乙炔无法靠近异烟酸,无法诱导框架的柔性变化;同样,孔道中残留的客体分子也会减弱乙炔与框架的相互作用。柔性作为TIF-A1的固有属性,TIF-A1样品尺寸的改变或者缺陷的产生(p H处理)都不会影响其柔性变化。考虑到TIF-A1是由较低生物毒性的Zn离子、腺嘌呤和异烟酸构成的,我们以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为菌种研究了其杀菌性能。从孵育时间和用量这两个因素来探究TIF-A1的抗菌活性。实验结果表明,TIF-A1对两种细菌都表现出良好的抗菌效果。我们初步推测TIF-A1可能的研究机理是TIF-A1作为活性载体释放出的Zn离子和腺嘌呤从而对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌起到一定的抗菌效果。由于实验还处于前期的探索阶段,在后续的工作中,我们还将对其抗菌机理进行更深入的研究。