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金属氧簇框架材料(金属-有机框架,MOFs)是一类独特的基于无机金属离子和有机配体的混合多孔固态材料。相比于传统的多孔材料,它们具有大的表面积,可调的孔径尺寸和形状,可调的结构组分和官能化的孔道表面等优势,使它们在许多领域的应用具有独特的优势和潜力,主要包括化学分离,气体储存,催化,药物递送优势和光传感/检测。随着近几年MOFs领域突飞猛进的发展,数以千计的具有新颖结构的MOFs材料被合成出来,该领域的研究重点也从最开始的结构研究转向性质探索。越来越多合成方法的提出,使设计合成出具有特定结构和功能的MOFs材料成为了可能。此外,日益增加的新颖的MOFs材料为性质研究提供了良好的平台。虽然MOFs材料在许多领域已经展现出了优异的性质,但同时在一些领域依然存在着重要的问题需要进一步探讨。本文设计合成了三个半刚性的氮杂多羧基配体并利用其作为有机建筑单元链接d10过渡金属离子构筑了四个新颖的三维非互穿纳米多孔MOFs材料,分别研究了他们在药物传输、大阳离子选择性吸附分离、小分子传感、固态荧光发光、固态照明、固态磷光发光、固态双光子吸收磷光发射、非均相催化等领域的应用。选择这个体系的主要出发点是:I)半刚性的有机配体既具有一定的柔性,可以产生多种配位构型,有利于和金属配位形成MOFs材料,又具有一定的刚性,能够给MOFs材料带来高孔隙率;II)d10过渡金属离子合成的MOFs材料一般具有发光性质,有利于我们研究MOFs材料的固态发光;III)d10金属Zn2+在生物体内能够兼容,有利于我们对合成材料的生物性质进行研究。一、我们利用非手性的半刚性的氮杂多羧基配体(TATAT)和Zn离子构筑了一对互为镜像的手性非互穿高孔MOFs材料(MOF1)。基于材料的高孔道特质以及潜在的氢键相互作用位点,我们研究了该材料作为抗癌药物(5-氟尿嘧啶)传输载体对抗癌药物的传输性能。实验结果显示,MOF1对5-氟尿嘧啶有很好的存储能力,约为0.501g/g。在模拟生物体的条件下,展现出了缓慢的分阶段的药物释放特性。[(CH3)2NH2]2[Zn(TATAT)2/3]·3DMF·H2O(MOF1)TATAT=5,5’,5’’-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基)-三间苯二甲酸二、基于ZIF-8材料特殊的p H稳定性,我们以ZIF-8材料为药物传输载体,第一次报到了MOFs材料作为酸性诱导的药物传输载体,对5-氟尿嘧啶药物超高的存储量,0.66g/g以及不同p H环境下,对吸附的5-氟尿嘧啶分子在p H诱导下的释放性能。Zn(mim)2(ZIF-8)mim=2-甲基咪唑三、我们利用TATAT配体和金属链棒状SBUs(41螺旋M-O-C链)合成了一个手性的管道状的介孔MOFs材料(MOF2)。基于该材料和笼状高孔MOF1具有大的孔道结构和阴离子型骨架,我们研究了他们作为色谱分离柱对大阳离子染料的吸附和分离性能。由于这两个MOFs材料具有丰富的氢键作用位点,MOF1和MOF2展现出少见的对特定溶剂分子(丙酮和乙醇)的溶剂化显色效应。以及MOF1材料对溶剂小分子的不同荧光强度响应。[(CH3)2NH2]2[Zn Na2(μ2-H2O)2(H2O)2(TATAT)]·2DMF(MOF2)四、我们提出了一个新的简便的方法实现MOFs材料高效白光发射,即通过向蓝光阴离子型骨架的MOF材料孔道中引入阳离子型黄光金属IrIII配合物。利用六齿羧基N-杂环配体(TATPT),我们设计合成出一个蓝光介孔阴离子型MOFs材料(MOF3),通过将一定量尺寸较小的黄光IrIII配合物[Ir(ppy)2(bpy)]+引入到MOF3的孔道中得到了具有高量子效率、高显色参数的白光照明材料。将该白光材料固定在In Ga As N芯片上可以制备成WLED器件。[(CH3)2NH2]15[(Cd2Cl)3(TATPT)4]·12DMF·18H2O(MOF3)2,2’,2’’-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基)-三对苯二甲酸(H6TATPT)五、我们通过利用发光的AuIII配合物对MOFs材料进行修饰,开创了一个新的途径得到磷光的MOFs材料,且这个复合材料具有母体MOFs材料和AuIII配合都不具备的性质。阳离子型的AuIII配合物通过离子交换的方式进入到MOFs的孔道中形成Au@MOFs复合物。通过测试不同含量AuIII配合物的Au@MOFs复合物的N附的改变、SEM、EDX能谱和ICP说明AuIII配合物存在于MOFs材料的孔道中。合成的Au@MOFs复合物具有比AuIII配合物本身更强的磷光发射和磷光寿命,且在空气中仍然具有接近50 us的磷光寿命,这是目前为止AuIII配合物本身所不具备的。Au@MOFs复合物在空气中能够完成光诱导的电子转移反应和固态状态下的双光子吸收磷光发射。此外,Au@MOFs复合物还可以作为非均相光催化剂。我们研究了他们在自然光条件下对C/N、C/C和C/O键形成反应的催化活性,实验表明他们具有比均相催化剂更好的催化活性,以及可以循环多次利用。复合材料还具有原来AuIII配合物所不具备的尺寸选择性催化。[Me2NH2]2[(Cd2(TATMB)2]·10DMF·3H2O(MOF4)3,3’,3’’-((1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基)三苯甲酸(H3TATMB)