配位修饰的铟硫属化合物的合成

来源 :苏州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hq10000002
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无机-有机杂化材料是近年来材料学科中最为活跃的研究领域之一。有机杂化的硫属化合物材料,不仅结构新颖,而且具有独特的物理化学性能,如催化、吸附、离子交换、光电导体、光致发光、非线性光学和半导体性能等,成为人们研究越来越多的功能材料。该类材料通常利用低温溶剂热(或水热)法合成,在有机胺或季铵盐结构导向剂(或模板剂)作用下合成,以MQ4(M=Ga, In, Sn, Sb; Q=S,Se, Te)四面体或MQ3(M=Sb; Q=S, Se)三角锥为初级建筑单元通过共顶点或共边相连,形成多种多样的金属硫属阴离子结构。在主族硫属化合物合成研究中,开放骨架结构和纳米分子簇的设计与合成是目前研究的前沿和趋势,其中过渡金属配合物修饰的金属硫属化合物一直是研究的焦点,而纳米尺度的超四面体簇及分子轮簇以其新奇的构型与巨大的尺寸,成为当今多金属硫簇向纳米材料发展的一个新的研究方向。在溶剂热合成中,胺体系的选择及离子液体的引入都是制备新型有机-无机杂化材料的关键。本论文以配位修饰的铟硫属化合物的合成为课题,选择1,2-二氨基环己烷(dach)为反应溶剂,通过在反应体系中引入辅助试剂GeO2和离子液体的方法,合成了配位修饰的新型桥连基团组装的超四面体簇化合物和配位修饰的铟硫属轮状簇合物,讨论了其合成条件、影响化合物结构的因素、热稳定性和光学性质等。主要内容如下:一、简单综述了硫属化合物的溶剂热合成方法,有机胺和离子液体在硫属化合物合成中的应用;总结了镓、铟硫属化合物的结构特点;综述了轮状结构簇合物的合成研究进展。二、在dach反应溶剂体系中,合成了由配合物连接T4簇组装的超四面体簇T4-complex-T4。在In/S/dach/M(M=Fe, Co)反应体系中,首次合成了由配合物[Fe(dach)2]2+连接T4簇形成的新型2D超四面体簇合物1,{[In16Fe4S34H2]2[Fe(dach)2]3}·4[Fe(dach)3]·6Hdach·6H2O和由[Co(dach)2]2+连接两个T4簇形成的分子簇合物2,{[In17Co4S38H3]2[Co(dach)2]}·8[Co (dach)3]·10Hdach·2H2O。在超四面体簇中,这种以阳离子[M(dach)2]2+充当配位结构与T4晶簇相结合的结构是首次得到的。而且,过渡金属进入主族金属硫系物结构明显提升了该化合物的光谱性质。三、在dach反应溶剂体系中,通过改变辅助介质,得到了由配位小铟硫簇或多硫离子连接的超四面体簇新结构。以L-半胱氨酸(L-cyst.)为硫源,在In/L-cyst./dach/M(M=Ni, Co)反应体系中,引入了GeO2和离子液体BMIm (IL)两种辅助物质,得到了新的奇特的Tn簇硫属化合物:新的小簇In4(dach)4S6与T3簇组装而成的3D结构3,[In12S20(dach)2]·H2dach·[Ni(dach)3]·3H2O,1D链状配位聚合物4,[In2S4]·[Ni(dach)3],多硫离子(S3)2–连接T4簇组装的2D框架结构5,[In16Co4S37]·2Hdach·4[Co(dach)3]·dach·5H2O,Co(II)配合物连接T4簇组装的2D框架结构6[In16Co4S37]·2Hdach·4[Co(dach)3]·dach·5H2O。化合物3是首次合成得到的由新的In4(dach)4S6簇连接体组装T3簇形成3D敞开骨架结构。化合物5是第一个通过多硫负离子连接T4簇的化合物。结果表明:辅助物质引入影响了硫属化合物的结构,GeO2主要起改变反应体系酸度的作用,离子液体BMIm起了提高介质极性和物质溶解性的作用。四、在In/Te/dach反应体系中,合成了稀有的配位修饰的铟-碲轮状簇合物。得到了两个具有纳米轮状结构的铟-碲分子簇合物7,[Mn(dach)3]2[In18Te30(dach)6]·2Hdach·H2O和8,[Ni(dach)3]2[In18Te30(dach)3]·2Hdach,它们是主族金属硫化物中首次发现的纳米环状分子簇,外径为15.54(1.5nm),内径为8.25,轮状结构是18个铟借助30个碲阴离子桥连形成纳米环结构。研究并分析了纳米轮状结构形成的原因,溶液的酸度的高低是轮状结构形成的另一个重要因素,当高酸性时,大量质子胺的存在,限制了dach的螯合作用,只能得到一个相关的新的1D InTe化合物9,{[Mn(dach)3]2[In5Te10]·2H2O}∞。五、在In/Se/dach反应体系中,合成了配位修饰的铟-硒轮状簇合物。得到了一个罕见的含有两个不同大小的纳米轮状结构的铟-硒分子簇合物10,[Mn(dach)3]9[In30Se72(dach)3]2[In118Se30(dach)6]·2H2O。这是轮状纳米硒簇中的第一个化合物,外径25.78(约2.58nm)。获得的纳米尺寸的团簇为双层连接的轮状结构,这种结构排列将在光电传感器具有潜在的应用。
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