金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是以金属离子为中心连接含有芳香环或者含氮的杂环构成的有机配体而组成的一类规整的新型晶态多孔材料,通过拓扑结构的定向设计和有机配体的拓展,实现多种结构的纳米尺寸孔道构筑。这类化合物具有孔径可调控、比表面积大、热稳定性高、多个活性结合位点、优良的可调控的吸附性能、很好的离子交换性能、惊人的电导性能等优点,从而使其在催化、吸附、分离、质子传导、磁性、光电材料等领域具有广阔的应用前景。目前,这些微孔配位聚合物研究的热点已经不再局限于对其结构的表征。其中,研究金属有机框架材料负载功能分子成了研究的热点,包括MOFs对气体的吸附、分离和存储、负载质子载体物质、负载燃料分子以及负载药物小分子等方面。单体在高度有序规整结构的微孔材料中发生聚合反应,从而得到具有一定形貌和结构的化合物,一直是一个非常诱人的研究方向。使用多孔材料作为纳米反应器来控制聚合反应,使得聚合物的分子量、立体规整性、结构以及顺序等都能得到很好的控制。本论文利用高度稳定、高度规整的双π墙的纳米孔道配位聚合物能够大量负载并且能够控释碘分子的特点,作为纳米反应器来控制吡咯的氧化聚合反应。研究在气-固、液-固反应后,配位聚合物以及聚吡咯的化学结构,研究配位聚合物释放碘化学氧化吡咯的聚合机理。以下是全文研究的内容:第一章是前言,介绍当前金属-有机框架化合物的概念、特点、和研究的方向。另一方面,介绍聚吡咯的合成方法、聚合机理、研究进展以及在介孔中的聚合进展等进行综合陈述。最后对本课题的选题意义进行讨论。第二章是合成双π墙的纳米孔道配位聚合物。首先采用溶剂热法得到含有客体分子N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的配位聚合物[Zn3(pybz)2(lac)2]-2.5DMF,(简称化合物1),然后,将化合物1浸泡在甲醇溶液中,置换出DMF客体分子,得到负载小分子甲醇客体的配位聚合物,最后,将含甲醇客体分子的配位聚合物放置在120℃的干燥箱中6h,目的是为了将客体分子赶空。我们再将空结构配位聚合物[Zn3(pybz)2(lac)2],(简称化合物1’)浸泡在饱和的碘的环己烷溶液中2-3天,得到了负载有碘的化合物1’。我们利用X单晶衍射仪、红外光谱法(FTIR)、热重等分析手段对每一步所得到的化合物进行表征。最后我们利用热重以及硫代硫酸钠滴定的方法,计算得到1 g化合物1’装有约1 g碘单质。我们将一定量装有碘的化合物1’放入水中,通过紫外/可见分光光度计(UV-vis)跟踪并且计算得出,每毫克装有碘的化合物1’,其控释碘的速率为0.0026(mmol·L-1)/min。第三章是利用负载碘的化合物1’在一定条件下和吡咯蒸汽发生原位氧化聚合反应。研究了不同反应时间对化合物1’/聚吡咯复合物化学结构的影响。通过FTIR、拉曼光谱(Roman)、X-射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)、场发射扫描电镜(SEM)等分析手段进行表征。通过FTIR表征发现,在不同时间下化合物1’表面都生成了掺杂碘的聚吡咯;XRD表征发现,随着反应时间的延长,在化合物1’表面的原位生长聚吡咯逐渐掩盖住了化合物1’本身的衍射峰,这表明聚吡咯在化合物1’表面的原位化学氧化反应受到反应时间的影响加大;通过SEM表征发现,随着反应时间的增加,化合物1’表面聚吡咯层的厚度逐渐增加,在30 min聚吡咯层厚度达2.7 μm。第四章是探索负载碘的化合物1’在吡咯水溶液中发生化学氧化聚合的反应实验。主要研究了反应时间对产物化学结构的影响。通过FTIR和XPS对固体产品进行分析表征证明了在化合物1’表面存在聚吡咯。利用氨水将化合物1’腐蚀并得到本征态聚吡咯化合物,通过XPS对其表征发现,聚吡咯以氧化态和质子态的形式呈现,并且转换成氧化态的聚吡咯为主。通过比较不同时间下本征态聚吡咯的XPS分析结果发现,随着反应时间的增加,本征化转换成氧化态的聚吡咯增加。另一方面利用质谱对液体进行分析,发现溶液中含有大量的碘掺杂吡咯四聚体,这表明碘从化合物1’释放到吡咯水溶液中并和吡咯发生了氧化聚合,在氧化聚合过程中,存在大量的掺杂碘的吡咯四聚体的中间体。同时,我们利用碘单质直接在吡咯水溶液中反应,同样也发现溶液中吡咯四聚体的存在。上述实验结果表明,碘从化合物1’孔道中释放到吡咯水溶液的过程中,在化合物1’表面窗口处和溶液主体中都发生了吡咯的氧化聚合反应。由于碘的释放量和释放速率受到化合物1’孔道和主客体分子交换等因素的影响,在水溶液中末得到大量的掺杂碘的聚吡咯化合物,而是得到了大量的碘掺杂的吡咯四聚体中间产物。上述结果为进一步研究吡咯的碘氧化聚合机理提供了参考。