基于含氮杂环与羧酸配体的配位聚合物的合成、表征及性能研究

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配位聚合物是一类由金属离子或离子簇与有机配体自组装形成的多孔晶态材料。近年来,多孔配位聚合物在磁学、荧光传感、离子交换、气体储存、催化等诸多方面彰显出其特有的物理及化学性能和潜在的应用价值。因此,设计和合成具有特殊结构及功能的配位聚合物成为化学和材料学领域的研究热点。本文以含有多个配位基团的含氮杂环以及羧酸为混合配体与金属离子进行自组装,采用溶剂热法设计合成了一系列具有新颖结构的配位聚合物,并通过X-射线粉末衍射、X-射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、及热重分析等对它们的结构进行了表征。同时也对部分晶体的磁性、催化和荧光传感等性能进行了研究。本论文主要的研究成果为:ⅰ利用2,2’-二硝基联苯基-4,4’-二羧酸分别与4,4-联吡啶、1,3-双(4-吡啶基)丙烷、1,4-双(咪唑基)苯、1,4-双(咪唑-1-基甲基)苯、4,4’-双(咪唑基)联苯和双(4-吡啶基)乙烯这一系列不同的氮供给体组成混合配体,与过渡金属Co(Ⅱ)通过水热法组装成6个配位聚合物分别为{Co(dnpdc)(bipy)}n、{[Co3(dnpdc)3(bipy)3(H2O)2]·2H2O}n、{[Co5(OH)2(dnpdc)4.(bpp)2(H2O)2]·2H2O}n、{Co(dnpdc)(bimb)·(H2O)}n、{Co(dnpdc)(bcim)·(H2O)0.5}n、{Co2(dnpdc)2(bpee)(bpim)}n(配合物1-6)。同时我们还研究了化合物1、3和6的磁性,发现均存在反铁磁性相互作用。ⅱ利用2,2’-二硝基联苯基-4,4’-二羧酸与双(4-吡啶基)乙烯和1,4-双(咪唑基)苯含氮配体组合成混配体,与过渡金属Cd(Ⅱ)通过水热法合成配位聚合物,分别为[Cd2(dnpdc)3(DMSO)3·0.5H2O]n、[Cd(dnpdc)(bpee)]n、{Cd(dnpdc)(bimb)·2H2O}n(7-9)。同时我们研究了其荧光性能,发现化合物9对Fe3+的高选择性荧光传感。ⅲ采用2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪(TPT)为主配体,以间苯二甲酸、5-硝基间苯二甲酸、5-甲基间苯二甲酸、5-羟基间苯二甲酸和5-叔丁基间苯二甲酸为辅助配体,通过水热法合成5个含有Co过渡金属离子的配位聚合物分别为{[Co(1,3-BDC)(TPT)]·0.5(H2O)}n、{[Co(NO2-BDC)(TPT)]·H2O}n、{[Co(CH3-BDC)(TPT)]·0.5H2O}n、{[Co(HO-BDC)(TPT)]·0.5H2O}n、{[Co(tBu-BDC)(TPT)2/3]·(CH3CH2OH)(H2O)}n(10-14)。同时研究了该类晶态催化剂对Knoevenagel缩合反应和苯乙烯环氧化反应的催化性能研究,结果表明配位聚合物11和12对Knoevenagel缩合反应有高的转化率;而配合物11和14对苯乙烯的环氧化反应有较高的转化率和选择性。
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