含柔性苯二乙羧酸的金属—有机框架及其性能研究

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研究具有特定功能和结构的新型配位聚合物已经成为当前化学、物理和材料科学等领域中一个十分重要的科学问题和热点课题,对该领域的研究可能为新材料的研制和开发提供更多的机会和可能。大量的研究结果表明,影响配位聚合物结构和性能的因素很多,其中,如何合理地选择与设计适当的分子基构筑单元是合成此类材料的关键因素之一。因此,在本论文中,我们结合该领域最新的研究进展和本课题组的实际情况,选择了三个结构异构的柔性苯二乙羧酸配体通过水热反应合成了22个未见文献报道的配位聚合物;并分别对获得的配合物进行了元素分析、红外光谱、X-射线单晶衍射结构分析、热重分析、荧光光谱、粉末X-射线衍射分析和磁学性能等方面的性质表征和研究;此外,还深入探讨了辅助配体、金属离子、羧酸的空间效应、实验温度及pH值对配合物最终结构和性能的影响,总结得到了一些有用的规律性结论。主要研究内容包括以下五个部分:(1)研究了同一实验体系中不同联吡啶配体的引入对配合物结构和性能的影响,合成了配合物1-3。研究发现,联吡啶配体结构的微小调整就导致配合物的最终结构和性能产生巨大差异;此外,1和2中存在的不同水簇对配合物的低维结构的扩展起到了“粘接”作用。同时,测试和分析了配合物的结构热稳定性和荧光性能。(2)研究了第二辅助配体的刚/柔性、空间体积和金属离子等因素对配合物构效关系的影响,合成了8个配位聚合物;讨论了上述因素在配合物的形成过程中发挥的不同作用。分别测试了5、8、9和11的热稳定性、9-11的荧光光谱性能、5和7的磁性,并对实验结果进行了详细地讨论。(3)以间苯二乙羧酸配体合成了两个配合物12和13。单晶结构分析结果表明当考虑Ag…O作用力时,配合物12是一个含新颖的[3+2]型锁烃的五重穿插结构;而13是一个含有异手性螺旋链的三维fsc拓扑网。同时,配合物的性能测试结果表明12具有良好的荧光性能,而13则是反铁磁的化合物。(4)以三个异构的二乙羧酸为构筑模块,研究了羧酸空间效应对配合物结构和性能的影响,成功合成了4个含主族元素铅的配合物。其中,配位聚合物14和15是在同一反应体系、不同温度下获得的同质异构体。同时,还对比和分析了配合物的热稳定性和荧光性能。(5)研究了多吡啶配体与羧酸的空间效应在合成配合物时的影响,合成了5个配合物。其中18是通过O-H…O氢键作用形成的二重穿插pcu拓扑网,而21则是一个含(2.2.1)Hopf连接和(6.3.3)Torus连接的三重穿插dia网络。在同一金属离子、同一辅助配体条件下合成的配合物中,研究发现当H2pda的羧基位置彼此离的越远,其与锌离子的配位能力越强、形成的配合物也相应复杂;第二辅助配体的长度、刚/柔性的不同对结果配合物也有影响。同时还研究了配位聚合物的荧光性能。总之,本论文的研究工作不但进一步丰富和拓宽了配位化学与材料化学的研究内容,同时也为有目的性的设计、合成结构新颖且具有特殊用途的功能配位聚合物提供了新的思路与方法;因此,本论文的研究工作具有一定的科学意义和学术价值。
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