基于含氮配体的金属-有机配位聚合物的设计、合成及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flame_earth
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近些年来,金属-有机配位聚合物已经成为新材料的一个研究热点并受到越来越多的关注,这不仅因为它们具有丰富的多孔结构和迷人的拓扑网络结构,而且还归因于它们在许多方面具有的潜在应用价值,比如发光、气体存储与分离、分子识别、催化、主-客体化学和生物医药等。通过调控晶体自组装过程中的各种影响因素,合成出具有预期结构和性能的配位聚合物,是晶体工程的核心任务,无论在理论探索上还是实际应用价值上都具有重要的意义。  本论文运用超分子自组装和晶体工程的原理,有目的地设计和合成了一系列基于含氮配体的结构新颖、性能独特的金属-有机配位聚合物。通过X-射线衍射分析、热分析、元素分析、红外光谱、圆二色光谱等手段对化合物进行了表征,并对化合物的荧光、气体吸附、二阶非线性光学等性质进行了研究。主要工作包含以下四个方面的内容:  (1)鉴于报道抗衡离子调控1,3,5-三(1-咪唑基)苯(tib)配体与金属离子形成配位聚合物结构的研究相对较少,选取此配体与Zn(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)进行自组装,通过改变金属盐中不同的阴离子,成功地合成了四个金属-有机配位聚合物:{[Zn3(tib)4](NO3)6·6H2O·3DMA}n(1),{[Zn2(tib)3](ClO4)4·6H2O·6DMA}n(2),{[Cd(tib)2](NO3)2·4DMF}n(3),{[Cd(tib)2](ClO4)2·4DMF}n(4),并对化合物1-4的荧光性质以及化合物1的气体吸附性质进行了研究。对该系列化合物的结构分析表明,硝酸根离子以及高氯酸根离子对最终的结构起到了至关重要的导向作用,这为以后合成不同结构的晶体化合物提供了一个很好的策略。  (2)鉴于tib和含氧羧酸配体共同构筑的配合物的研究相对较少,且利用这两种配体与d10过渡金属离子组装成配位聚合物的研究也不够系统,选取tib配体和不同的多元羧酸配体(对苯二甲酸,1,4-H2bdc;间苯二甲酸,1,3-H2bdc;1,4-萘二甲酸,1,4-H2ndc;1,3,5-环己烷三甲酸,1,3,5-H3ctc)与d10过渡金属离子Zn(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)进行自组装,合成了五个结构不同的金属-有机配位聚合物:{[Zn2(tib)(1,4-bdc)(μ2-OH)(HCOO)]·2H2O}n(5),{[Cd2(tib)2(1,4-bdc)(NO3)2]-·2H2O·4DMF}n(6),{[Cd2(tib)2(1,3-bdc)(NO3)2]·2H2O·4DMF}n(7),{[Cd(tib)(1,4-ndc)]·H2O·2DMF}n(8),{[Cd3(tib)4(1,3,5-ctc)](NO3)5/2(OH)1/2-·3DMF}n(9)。通过调节反应条件,实现了聚合物的结构调控。其中调节不同金属离子合成了化合物5-6;通过改变第二配体种类则合成了四个基于金属镉的化合物6-9。该系列化合物在室温条件下表现出良好的荧光性质。  (3)选取两种不同的双齿含氮配体使其分别与d10过渡金属离子进行自组装,并在合成过程中引入具有荧光性质的有机分子:1,3-苯二磺酸双钠盐(Na2L1)、3-氨基邻苯二甲酰肼(L2),以及首次引入具有二阶非线性光学性质的有机分子:4-氨基二苯甲酮(L3)、4-氨基苯乙酮(L4),成功合成了五个具有主-客体结构的金属-有机配位聚合物:{[Zn2(bpp)3(H2O)6](L1)2·6H2O}n(10),{[Cd2(bpp)3(H2O)6](L1)2·6H2O}n(11),{[Cd(bpp)2(H2O)2](HL2)2·3H2O}n(12),{[Cd2(bpee)4(L-cams)3(H2O)](NO3)·4L3}n(13),{[Cd(bpee)3(L-cams)2]·2L4·2H2O}n(14),并对化合物10-12的荧光性质以及化合物13-14的二阶非线性光学性质进行了研究。  (4)选择和设计合成了两个基于手性环己二胺衍生物类的配体:(1R,2R)-1,2-二[4-(1,2,4-三唑基)]环己烷(L5)和(1R,2R)-N1,N2-二(4-羧基苄基)环己烷-1,2-二胺(H2L6),采用溶剂热法合成了四个具有单一手性的金属-有机配位聚合物:[Zn2(L5)3(NO3)2](NO3)2·2CH3CN(15),{[Ag(L5)](OH)·2H2O}n(16),{[Zn(L6)]·4H2O}n(17),{[Cd(L6)]·CH3OH}n(18),对比化合物15与16以及化合物17与18的结构,发现配体配位模式的不同导致最终构筑的配合物结构上的不同。此外,化合物15-18在室温下具有良好的二阶非线性光学及荧光性质。
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