金属咪唑材料的金属掺杂、胺交换和性质研究

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近十几年来,金属有机框架(MOFs)和金属有机笼(MOCs)引起了科学家的研究热潮,从合成方法到功能应用,成千上万种的金属有机材料被成功地合成。由于单一金属或配体的MOFs与MOCs在性质,结构方面的局限性,科学家采用金属掺杂、后修饰合成等策略来构筑结构更加复杂,功能更加优异的金属有机材料。本文主要从合成方法与性质变化两个方面展开对单一金属有机材料进行金属掺杂或后修饰合成的探究。  为了得到异金属咪唑笼子,我们分别采用了次级组分自组装,分步合成与金属离子交换三种方法向八核立方体的金属咪唑笼中掺入Cu2+或Cd2+,成功地制备了一系列Zn-Cu/Cd-MOCs,并系统地比较了三种方法的优缺点。通过红外光谱、X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、XPS、EDS、ICP-AES、热重、稳态荧光光谱对样品的结构组成、性质变化进行研究。目前为止,异核金属有机配合物笼的合成依旧是个难题,我们这部分工作能为以后从事相关课题的科研工作者提供了比较全面与详细的参考。  后修饰合成的探究方面,我们采用了次级组分自组装的方法合成了具有手性的八核立方咪唑配合物笼,进行胺交换研究。用非芳香类的胺来替换已知八核手性笼中的苄胺,成功实现了手性八核立方笼向空腔体积较大的十四核二十四面体咪唑笼的转化,但此过程中没有发生手性信号的传递。用红外光谱、X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、高分辨质谱、紫外光谱及圆二色谱仪表征样品的结构、组成,研究转化前后性质变化。这部分的工作证明了采用此类胺交换方式可以成功地合成十四核二十四面体咪唑配合物笼,但得到的样品不具有手性,在整个转换过程中,配合物的手性没有成功地传递。  为了得到具有氧化还原活性与gyriod表面的MOFs,我们将不同量的Fe3+掺入到类沸石咪唑框架STU-1中,成功制备了四种双金属Zn/Fe掺杂的螺旋二十四面体金属咪唑框架。这类双金属多孔材料的热稳定性,化学稳定性都非常好,对CO2,C2H6,H2O有着较好的吸附性能,可以很好的纯化CH4气体。由于这类双金属咪唑框架中含有Fe3+,我们假设它们可作为氧化剂,将双金属材料置于NaBH4水溶液中,表征发现框架中有部分Fe3+被还原成了Fe0。本部分工作证明了在没有牺牲框架本身稳定性与孔洞性的前提下,可以通过向框架中引入功能性的金属离子得到具有氧化还原活性的MOFs。
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