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多酸配合物因其结构的多样性和在化学仿生、分子磁体、催化、能量存储以及多功能材料等领域具有的应用前景而倍受关注。当前,在这一领域中,高核金属氧簇化学不仅成为多酸化学领域的热点之一,而且成为多酸化学通向“合成生物化学”的桥梁。
本论文以“金属氧簇配合物的合成、结构及性质研究”为题,主要选用缺位的无机含氧多齿配体与过渡金属离子,设计合成多种结构新颖的过渡金属取代的多钨酸簇合物,探讨了这些簇合物的合成条件和合成规律,并研究了这些簇合物的电学,磁学和热稳定性等性质。
在第一部分中,我们通过选择多种三缺位多钨酸阴离子(PW9O349-、SbW9O339-、P2W15O5612-)为前驱体,与过渡金属离子反应,获得了6个夹心型过渡金属取代的多钨酸盐簇合物1-6,并表征了它们的电化学性质。实验结果表明,缺位多酸离子是合成金属簇取代的多酸盐(TMSPs)的有效配体。而且通过六个化合物的结构分析可知,PW9O349-与Sbw9O339-相比,P为四配位,对应的缺位多酸缺位的中心位置有一个可以参与配位的活泼氧原子;与P2W15O5612-相比,它极易制取,在反应过程中也相对较稳定,是一个适合用于合成高核过渡金属簇取代的多钨酸盐。
第二,在第一部分研究的基础上,在以三缺位磷钨酸阴离子PW9O349-作为无机配体和金属Ni2+离子的水热反应体系中引入不同的氨基酸作为第二配体,设计合成了四个结构新颖的镍簇取代的磷钨酸盐簇合物7-10。四个化合物的合成条件和晶体结构的分析表明,选用位阻小,具有螯合作用和多齿配位模式多羧酸配体,是设计合成高核镍簇取代的磷钨酸盐簇合物的一种有效的策略。此外,反应的pH值、第二配体的使用量也很关键,这都是合成高核镍簇取代的磷钨酸盐簇合物的重要因素。
第三,选择与第二部分相同的体系,设计合成了两个高核镍簇取代的磷钨酸盐簇合物11,13和一个以高核簇为节点的二维平面结构12。三个化合物的合成条件和晶体结构分析再一次验证了:具有螯合作用和多齿配位模式的多羧酸配体是设计合成高核镍簇取代的磷钨酸盐簇合物的一种有效的配体;这一系列化合物对合成条件很敏感,合成条件的微小的变化都会使其结构发生改变。因此,探索实验合成条件至关重要。
第四,前面三部分都是选择缺位多酸作为研究对象,而在这部分中,则选择了饱和的Keggin型结构杂多酸作为研究对象,与过渡金属离子及手性的有机多羧酸配体反应,合成了两对手性对映体的无机一有机杂化配位聚合物14,15,16和17。晶体结构分析表明,手性信息从有机小分子传递到三核铜簇中,再通过杂多酸传递到整个多酸配位聚合物中。
除了上述的17个金属氧簇配合物外,还合成了11个杂多酸配位聚合物(化合物18-28),其晶体学参数列于论文的附录部分。