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无机微孔材料在催化、吸附、分离及离子交换等领域有着广泛的应用,因此引起了人们极大的研究兴趣。迄今所报道的这方面的研究主要集中在磷酸盐领域。开发具有新的骨架组分的无机材料一直是人们研究的一个重点。近年来,这一研究领域已经拓展到硫族元素的含氧阴离子,如硫酸盐、亚硒酸盐、硒酸盐等。本论文工作主要着重研究金属亚硒酸盐和硒酸盐。以有机胺作为模板或配体,在水热/溶剂热条件下合成得到了十二个过渡金属(亚)硒酸盐、十个稀土硒酸盐、十个主族金属(亚)硒酸盐三个系列的化合物,并且对它们的结构、磁性、荧光性质和热稳定性等进行了研究。
过渡金属(亚)硒酸盐分为三类:i)六个亚硒酸铜或钴化合物,分别为[H2pip][Cu(SeO3)2]1,Cu(C3H4N2)(SeO3)2,[H2en][M(HSeO3)2Cl2]M= Cu,3;Co,4,[H2en][Cu2(SeO3)2(HSeO3)]2·H2O5,[H2pip][Cu2(Se2O5)3]6。这些化合物展现了丰富的结构类型。其中1具有一维链状结构;2中有机物(咪唑)直接与金属离子配位,具有二维层状结构;3和4也是二维层状结构,有机胺位于夹层之间:5和6具有三维开放型骨架结构,质子化的有机胺位于结构的孔道中。在这些化合物中,Cu(II)采取了平面四方形、四方锥、八面体的配位构型,而Se(IV)形成了Se032-(1和2),HSeO3(3和4)或Se2O52·(6)几种不同的含氧阴离子,5中则包含SeO32-和HSeO3’混合阴离子。磁性研究表明六个化合物中金属离子之间均存在反铁磁相互作用。更有趣的是,3和4分别在临界温度12 K和8K以下表现出弱铁磁相互作用,出现自旋翻转现象。ii)三个以SeO3为帽的多钼酸盐化合物,分别为{Hbipy}3{KMo4O13(SeO3))7,{H2biPY}2{Mo5O15(SeO3)2)·H2O8,{H2piP}2{MOsO15(SeO3)2)·3H2O9。7含有由{KMo4O13(SeO3)}3-构成的—维阴离子双链:8和9含有双帽的MOsO15(SeO3)2五核钼簇。iii)三个硒酸锌化合物,分别为{H2bipy}Zn(SeO4)2(H2O)210,{H2pip){Zn(SeO4)2(H2O)4}·2H2O11, Zn(SeO4)(phen)(H2O)212。其中10是具有一维链状结构的硒酸锌;11是具有分立结构的硒酸锌;12是具有一维链状结构的杂化硒酸锌。
引入草酸根作为第二配体,得到了三种结构类型的十个稀土硒酸盐化合物,分别为[H3DETA][Er(SeO4)2(C2O4)(H2O)2]·2H2O13,[Ln2(SeO4)2(C2O4)(H2O)4][pip] Ln=Eu14,Tb15, Dy16, Er17, Yb18,[H2pip]2[Ln2(SeO4)2(C2O4)3]·H2O Ln= Er19, Yb20, Lu21,Y22。其中13含有由[Er(SeO4)2(C2O4)(H2O)2]3-构成的一维阴离子链:14-18是同构化合物,含有由Ln2(SeO4)2(C2O4)(H2O)4构成的二维有机无机杂化中性层:19-22也是同构化合物,具有由稀土草酸盐二维层和硒酸根阴离子(柱子)构筑的三维柱层状结构。对这些稀土化合物的固体荧光性能分析表明14、15和16分别为红、绿和粉红色光发光材料,化合物19和20分别在近红外区有荧光发射特征峰。这是首次将草酸引入稀土硒酸盐,第二配体的引入为设计和合成结构新颖、发光性能良好的稀土硒酸盐找到了一条新途径。
主族金属(亚)硒酸盐分为两类:i)七个有机胺为模板的(亚)硒酸镓或铟化合物,分别为[H2DABCO][Ga2F6(SeO3)]23,[H2en][MF3(SeO3)]M=Ga24,In25,[H2pip][GaF(SeO3)(C204)]·H2O26,[H2DABCO]2[Ga4F2(SeO3)6(C2O4)]·4H2O27,[H2en][InF3(SeO4)]28,[H2en]0.5[In(SeO4)(C2O4)(H2O)2]29。其中23、26、28、29含有链状结构;同构的化合物24和25含有由[MF3(SeO3)]2·(M=Ga,In)构成的层状结构;27是由亚硒酸镓无机层和草酸阴离子(柱子)构筑的三维柱层状结构。ii)利用2,2’-bipy作为第二配体,合成了三个(亚)硒酸铟杂化物,分别为In2(2,2’-bipy)2(SeO4)3(H2O)2·2H2O30, In2(2,2’-bipy)2(SeO4)(C2O4)2·0.5H2O31,In2(2,2’-biPY)2(SeO3)2(C2O4)32。其中30含有由三个SeO4四面体桥连两个InO4N2八面体构成的双核单元;31和32具有二维有机无机杂化层状结构,31含有SeO42-和C2O42-混合阴离子,32含有SeO32-和C2O42-混合阴离子。此外,对部分铟化合物的固体发光性能进行了研究,结果表明28-32在300-500 nm范围内有发射峰,可归为其内部配体的发射。