基于酰胺官能团修饰的二羧酸类多功能配位聚合物的合成、结构与吸附

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l_zhanghk
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近年来,配位聚合物因在气体存储、分离,催化,磁性,光学材料等各领域取得了广泛的应用,而倍受科学家们的关注。如何能高效制得多功能配合物材料,并在一定程度上实现对配合物骨架结构的调控,一直以来是配位化学家们所追求的目标。经大量研究发现,混合配体体系尤其是多羧酸与联吡啶类配体共同构筑的层柱式骨架结构,可以通过简单地替换多羧酸或联吡啶类配体来实现对孔道形状、尺寸的调控。由于混合配体体系中含有多种桥连配体,因此还可以高效地对骨架结构进行多官能团化,从而得到多功能配位聚合物。配位聚合物是由金属离子或金属簇与有机桥连配体在一定体系中,通过配位键自组装得到的一类高度规整且具有无限扩展结构的化合物。配合物骨架的构成不仅与金属离子、配体的种类有关,同时还受体系的极性、pH值、反应温度、结晶方式等多种因素的影响。近年来国内外许多小组对其影响因素进行了深入系统的研究,希望能为配合物骨架结构的定向设计与合成提供一定的理论依据。本论文设计并合成了两种具有不同配位角度的二羧酸配体,并分别对它们进行了配合物的合成与结构分析,以考察配位角度对其结构的影响。同时,为进一步增强骨架的性能,我们将酰胺官能团引入到配体中,以期作为吸附与催化反应的活性位点。由于酰胺官能团中C-N单键的旋转,各配合物中的配体呈现出了丰富的构象,从而形成更加新颖的骨架结构。考察了单一配体骨架结构之后,我们又对羧酸-联吡啶类混合配体体系进行系统研究。很幸运,我们得到了一系列以4,4’-联吡啶为支撑柱,具有层柱式骨架结构的异质同构配合物。为了进一步调控孔道大小,我们设计将4,4’-联吡啶(bipy)支撑柱替换为尺寸更长的1,2-二(4-吡啶基)乙烯(dpe),最终在拓扑结构保持的情况下成功获得了孔道更大,孔隙率更高的配位聚合物。同时还考察了联吡啶类配体刚柔性对结构的影响。结果发现在尺寸相当的情况下,配体的柔性增加,骨架结构将发生明显的改变。当柔性太大时,最终只能形成二维波浪形平面结构。本文最后部分考察了体系pH值对配合物骨架结构的影响。由于体系中含有多羧酸类配体,因此体系的酸碱性将直接影响羧酸根的去质子化程度,进而影响配合物的骨架结构。研究发现,体系碱性越强,羧酸根去质子化程度越大,配合物中与金属离子或金属簇配位的水分子越少,因此更易于形成维数较高的配合物。本文除了对配合物骨架结构进行系统研究外,还对其中部分三维多孔配合物进行了气体(N2、H2)吸附性能的测试,结果显示其对N2、H2具有一定的吸附能力。同时我们还对部分Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)配合物进行了荧光性能测试,结果显示大部分配合物的荧光强度相比于配体表现为荧光增强,少部分配合物的荧光则出现大大减弱现象。
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