【摘 要】
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银离子与氮杂环配体自组装不仅能够得到结构新颖的银配合物,而且这些配合物在荧光、抗菌、催化方面都表现出优异的性能。由于银离子具有可变的价态,所以银配合物在电化学催化方面具有潜在的应用前景。目前,关于银配合物作为电化学电极材料的研究报道较少。为了丰富和拓展银配位化学的研究领域,本文选择新颖的氮杂环配体与银离子自组装、合成新的银配位聚合物并进行结构表征,开展银配位聚合物的电催化等性能的研究,并探讨结构与
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银离子与氮杂环配体自组装不仅能够得到结构新颖的银配合物,而且这些配合物在荧光、抗菌、催化方面都表现出优异的性能。由于银离子具有可变的价态,所以银配合物在电化学催化方面具有潜在的应用前景。目前,关于银配合物作为电化学电极材料的研究报道较少。为了丰富和拓展银配位化学的研究领域,本文选择新颖的氮杂环配体与银离子自组装、合成新的银配位聚合物并进行结构表征,开展银配位聚合物的电催化等性能的研究,并探讨结构与电催化活性之间的“构-效关系”。具体研究内容如下:(1)制备与表征使用线型双苯并咪唑和芳基咪唑二甲酸配体,采用水热-溶剂热法合成了4个银配位聚合物,分别为:[Ag2(p-HMOPh IDC)(BBP)]n(1){[Ag2(m-HMOPh IDC)(BBP)](H2O)}n(2){[Ag(BBM)](NO3)}n(3)[Ag4(m-HMOPh IDC)2(BBM)2]n(4)(BBP=2,2’-(1,4-丙基)双-1,3-苯并咪唑;BBM=2,2’-(1,4-丁基)双-1,3-苯并咪唑;p-H3MOPh IDC=对甲氧基苯基咪唑二羧酸;m-H3MOPh IDC=间甲氧基苯基咪唑二羧酸);结构分析表明,1-3均为一维“Z”字型链状结构,4为一维“V”字型链状结构。通过对2和4的结构分析可以发现线型双苯并咪唑的间隔基团增加有利于获得不对称单元核数更高的银配位聚合物。选择V型双(N-吡啶苯并咪唑)直链醚与多羧酸配体,采用自然挥发法合成了5个银配位聚合物,分别为:{[Ag2(PTA)(Meobp)](H2O)}n(5){[Ag4(FA)2(Meobp)2]·4(H2O)}n(6){[Ag2(BTC)(Meobp)(H2O)](CH3CH2OH)(H2O)}n(7)[Ag4(PIA)2(Meobp)2]n(8){[Ag4(IP)2(Meobp)2]·4(H2O)}n(9)(Meobp=1,3-双(1-4-甲基吡啶苯并咪唑-2-基)-2-氧丙烷;PTA=对苯二甲酸根;FA=反丁烯二酸根;BTC=均苯三甲酸根;PIA=间苯二甲酸根;IP=5-羟基间苯二甲酸根)。结构分析表明,配位聚合物5-9均为三维结构,但是它们的连接方式存在差异。配位聚合物5-7中Meobp与银离子配位形成二维层,这些二维层之间通过辅助配体连接形成三维结构,配位聚合物8和9的结构完全通过Meobp连接银离子形成新的三维结构,这种结构连接方式的差异主要是因为辅助配体不同。特别地,配位聚合物5,7,8,9中均存在明显的Ag-Ag键。(2)将银配位聚合物和碳糊混合制备了复合电极材料(1-CPE-9-CPE),通过循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)等测试手段对1-CPE-9-CPE的电催化析氢(HER)性能进行了研究。线性扫描伏安法显示,在0.5 M H2SO4电解质中,当电流密度达到10 mA cm-2时,1-CPE-9-CPE的过电势相对于空白电极(s CPE)正移了173-450 m V(vs.RHE),Tafel斜率降低了14-153 m V dec-1;选择293 K时的电势η10计算活化能,HER的活化能降低了20.93-39.15 KJ/mol。以上实验数据表明1-CPE-9-CPE均具有明显的电催化析氢活性,电催化性能的差异主要可归因于配位聚合物1-9的中心离子的空间位阻和配位环境不同,还可能与Ag-Ag键的距离有关(Ag-Ag键距离越短,电催化析氢活性越高)。(3)通过计时电流法研究了1-CPE-9-CPE对H2O2的电化学识别性能,结果表明,1-CPE-9-CPE在0.5μM至4 m M范围内都可以定量检测H2O2。尤其是6-CPE,其检测限度为2.2μM,灵敏度达0.02264μA/(μmol/L),线性相关系数为0.99625。(4)固态荧光性质表明:与对应的配体相比,配位聚合物1,2和5-9均出现了配体的荧光峰且发生轻微的位移,可归属为配体内部的π-π*跃迁。配位聚合物3和4相对于配体发生了明显的位移(57 nm和59 nm),归属为配体-金属电荷转移(LMCT)。配位聚合物1-9的荧光强度都发生了部分淬灭,可归属为银离子的重原子效应。
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