论文部分内容阅读
配位聚合物是由金属离子或簇作为节点与有机配体通过配位键连接形成。作为一种特殊的多孔性功能材料,这类新型的材料不仅展现出丰富的拓扑结构特征,而且在气体储存、吸附与分离、催化、光学、磁学等方面具有潜在的应用价值。在设计合成这类材料过程中,次级结构单元法是构筑配位聚合物的最主要的方法,次级结构单元包括无机次级结构单元及有机次级结构单元。目前,主要是通过选择和设计具有特定几何构型的有机配体构筑结构新颖的配位聚合物,而探索无机结构基元的系统研究较少。本论文在溶剂热合成体系下,通过选择具有刚性结构的四齿羧酸5,5’-1,2-炔基间苯二甲酸(H4EBDC)以及拓展的5,5’-1,4-丁二炔间苯二甲酸(H4BDDC)为有机配体,通过调变反应物配比,溶剂极性,反应温度等方式,成功的合成出28个配位聚合物,并对其进行了结构解析及表征工作,此外,还对部分化合物的气体吸附性质,荧光性质以及磁学性质进行了研究。本论文的研究工作可以分为以下几个部分:1、硝酸铟与四齿羧酸H4EBDC配位聚合物的合成与性质研究:(1)首先,我们通过构筑出单核的[In(RCO2)4]次级结构单元,与有机配体H4EBDC连接形成具有不同结构的化合物1和化合物2,这两个化合物都是由具有四面体构型的无机次级结构单元与具有平面四边形构型的有机配体H4EBDC连接形成,但它们的拓扑结构完全不同,化合物1具有pts拓扑结构,而化合物2具有新颖的拓扑结构。利用TOPOS软件进行分析,化合物1的结构中只有两种不同的节点,节点符号分别为4.4.8(2).8(2).8(8).8(8)和4.4.8(7).8(7).8(7).8(7),而化合物2有四种不同的节点,节点符号分别为4.4.8(2).8(2).8(8).8(8),4.6(2).6(2).8(8).8(2).8(2),4.4.6.8(7).6.8(7),4.6(2).6.8(7).6.8(7)。(2)通过构筑出具有三核铟的[In3O(RCO2)6]的无机结构基元,与有机配体H4EBDC连接形成具有不同结构的化合物,其中,化合物3为三棱柱构型的无机次级结构单元与平面四边形构型的有机配体连接形成的具有soc拓扑结构的化合物,值得一提的是,化合物4的结构中具有两种不同的无机次级结构单元:单核的[In(RCO2)4]和三核的[In3O(RCO2)6]的无机结构基元,这两种不同的无机次级结构单元通过具有平面构型的有机配体H4EBDC连接,形成具有新颖拓扑结构的化合物。化合物5也是由三核铟与有机配体连接形成的具有新颖结构的化合物。由于化合物3-4具有较好的热稳定性能,我们探索了化合物3-4的气体吸附性质。2、稀土金属与四齿羧酸H4EBDC配位聚合物的合成与性质研究:稀土具有较高的配位数,易形成致密骨架结构等特点导致利用稀土金属构筑配位聚合物方面的研究相比较过渡金属少。我们通过调变反应条件,利用稀土金属构筑出不同的无机结构基元,与有机配体H4EBDC合成出具有pts(化合物6-10), nbo(化合物11), lvt(化合物12-13), kgd(化合物16-17)等不同拓扑结构的化合物。在构筑具有pts, nbo以及lvt拓扑结构的化合物中,双核的稀土中心形成的是具有平面四边形构型的无机结构基元,有趣的是,在构筑pts拓扑结构的化合物中,有机配体H4EBDC的两个苯环沿中间的乙炔官能团发生扭曲,形成具有四面体构型的有机次级结构单元。在构筑kgd拓扑结构的化合物中,双核的稀土中心形成六连接点,有机配体形成的是三连接点。除了这些,我们还构筑出双核的具有八连接点的无机次级结构单元与有机配体连接,形成(4,8)连接的新颖拓扑结构的化合物(化合物14-15)。化合物18-19是以单核的稀土中心与二连接的有机配体H4EBDC连接形成的具有三维超分子结构的化合物。考虑到稀土中心的特殊光学性质,我们探索了部分化合物的荧光性质。3、过渡金属与四齿羧酸配位聚合物的合成与性质研究:在溶剂热体系下,以过渡金属锌,镉,锰,铜为金属源,与有机配体5,5’-1,2-炔基间苯二甲酸(H4EBDC)以及拓展的四齿羧酸配体5,5’-1,4-丁二炔间苯二甲酸(H4BDDC)形成具有不同结构的化合物。(1)首先,我们以硝酸锌为金属源,以H4EBDC为有机配体,形成具有fsc(化合物20)以及nbo(化合物21)拓扑结构的化合物,在这两个化合物的合成过程中,我们在合成体系中分别加入了4,4’联吡啶以及三乙烯二胺,4,4’-联吡啶在化合物20的骨架结构中起到了柱支撑的作用,而三乙烯二胺在反应过程中形成氧化的三乙烯二胺分子,并填充在化合物21的孔道中。(2)以镉为金属源,合成出三核的具有八连接点的无机次级结构单元,有趣的是,有机配体H4EBDC在该化合物中同样发生扭曲并形成四面体构型的有机次级结构单元,最后形成的化合物具有flu拓扑结构(化合物22)。(3)以锰为金属源,构筑出单核的,三核的以及金属链状无机次级结构单元,与有机配体H4EBDC连接形成分别具有pts(化合物23), kgd(化合物24)以及pts-x(化合物25)拓扑结构的化合物,尽管化合物26也具有pts拓扑结构,但该化合物是由双核锰的无机次级结构单元与有机配体连接形成,且该化合物的孔道结构也与化合物23完全不同;化合物27是以硝酸钴为金属源,与有机配体H4EBDC连接形成的具有立方的nbo拓扑结构的化合物,在该化合物中,具有较大的笼状结构。(4)以硝酸铜为金属源,与拓展的有机配体5,5’-1,4-丁二炔间苯二甲酸形成具有nbo拓扑结构的化合物(化合物28)。除了合成和结构研究,我们还对部分化合物的气体吸附以及磁学性质进行了研究。