基于芳香四羧酸的镧系金属有机框架材料的构筑及性质研究

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镧系金属有机框架材料因其结合稀土离子的光电磁特性和金属有机框架化合物的独特多样结构而成为配位化学和材料科学领域的研究热点之一。构筑结构新颖、功能多样的镧系金属有机框架材料并探索其在光电磁、气体吸附分离、识别传感、催化等领域的应用,在分子功能材料方面具有重要意义。本文主要通过两种刚性芳香多羧酸配体合成了12个稀土配位聚合物,对其结构进行表征和详细分析,并结合结构进行功能探索,主要研究结果如下:通过溶剂热法,以芳香四羧酸3,3’,5,5’-联苯四甲酸(H4bptc)和1,3,5,7-四(4-羧基苯)芘(H4TBAPy)为多齿配体与不同稀土盐反应合成一系列三维Ln-MOFs化合物(1-8和9-12)。从晶体结构解析可知,1和2为结晶于三方晶系手性空间群P3121和P3221的阴离子框架,3为结晶于单斜晶系C2/c空间群的中性三维结构,4-8结构中CO2和DMF分解的HCOO-参与配位(4和5结晶于三斜晶系P空间群,6-8结晶于单斜晶系C2/m空间群),9-12为结晶于三斜晶系P空间群的存在七八九配位Ln离子的五核阴离子框架。两个配体上羧酸的螯合、桥连双齿(μ211)和螯合双齿(μ221)配位模式的不同组合导致结构的多样性。对以H4bptc为配体的系列Ln-MOFs进行性质研究,1是具有磁制冷和质子导电功能的Ln-MOF,在T=2 K、ΔH=7 T时,负磁熵变-ΔSm为26.36 J kg-11 K-1;在60℃、98%RH时,质子导电率为2.92×10-44 S cm-1。2是具有磁性、荧光、染料交换等多种功能的Ln-MOF,磁性测试表明具有场诱导的慢磁弛豫行为,其有效能垒Ueff为48.19 K。且在328 nm激发波长下,表现出Dy离子的特征发射峰。作为阴离子骨架,合适的孔隙尺寸对于阳离子型染料罗丹明B具有特异性选择吸附。以H4TBAPy为配体的系列Ln-MOFs,因其具有刚性平面中心芘在激发光下发出强烈的黄绿光,且形成配合物后骨架刚性增强,共轭效应减弱导致荧光发生一定蓝移。荧光研究表明10存在浓度依赖的荧光蓝移现象,对小分子溶剂硝基苯存在荧光猝灭效应,对乙酰丙酮具有荧光增强传感效应,以及对天门冬氨酸有特殊的选择性荧光增强作用,是潜在的多功能分子荧光探针。
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