基于杂环羧酸构筑的柔性配位聚合物的蒸汽吸附性能研究

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柔性多孔配位聚合物(Flexible porous coordination polymer,FPCPs)因具有动态结构转变的特性在气体储存和分离领域具有潜在的应用前景,已经成为PCPs领域的一个研究热点。杂环羧酸配体在构筑配位聚合物中占据了很大的比重,一方面,羧酸中的氧原子与金属离子具有很强的配位能力,灵活多变的配位模式,且形成的配合物具有良好的空洞率,大孔径等优点;另一方面,杂环中的氮原子和硫原子具有较高的活性,有利于配合物的吸附与分离性能。因此,本论文基于杂环羧酸构筑了结构不同的柔性配位聚合物,并对其动态结构和蒸汽吸附性能展开了研究,主要研究结果如下:(1)利用一个“V”型三氮唑-羧酸配体3-Htba(3-Htba=3-(4H-1,2,4-triazol-4-yl)benzoic acid),在溶剂热条件下合成了一个1D柔性配位聚合物[Zn(3-tba)2]·DMA(1α,DMA=N,N’-二甲乙酰胺)。配合物1α经历两步的单晶到单晶转换(1α→1β→2)。首先,1α在DMA分子去除后转变为无孔的一维晶体1β,然后通过暴露在水蒸汽下,转变为离散的双核配合物2。1β表现出开门效应和高的吸水量(133.0 cm~3/g),对醇-水混合物表现出选择性水吸附行为,并且在甲醇和水混合蒸汽中对水的吸附选择性比3A分子筛高。(2)研究了动态柔性配位聚合物[Zn2(DMTDC)2(bpe)](3β,H2DMTDC=3,4-dimethylthieno[2,3-b]thiophehe-2,5-dicarboxylic acid,bpe=1,2-di(pyridin-4-yl)ethane)的蒸汽吸附性能。蒸汽吸附测试发现3β对苯的吸附量较高(91.4cm~3/g),对环己烷的吸附量只有6.1 cm~3/g。通过气相色谱验证,3β在等摩尔的苯和环己烷混合溶液中对苯的选择性吸附含量达到96.64%。吸附苯蒸汽后的3β@C6H6加热后重新回到3β,经过六轮循环实验后吸附量依旧保持。(3)在溶剂热条件下合成了一个新的三维多孔柔性配位聚合物[Zn2(DMTDC)2(dpbz)]·5DMF·0.5H2O(4α,dpbz=1,4-di(pyridine-4-yl)benzene),去除客体分子后得到孔径较小的相[Zn2(DMTDC)2(dpbz)](4β)。气体吸附测试发现,4β对N2(77 K)和CO2(195 K)的吸附等温线呈现柔性配位聚合物特有的多步吸附行为。蒸汽吸附测试发现4β对苯(91.6 cm~3/g)的吸附量较高,对环己烷的吸附量仅为5.2 cm~3/g。将4β作为气相色谱柱,发现4β色谱柱对苯和环己烷混合溶液的达到基线分离,且有良好的重现性。
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