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金属-有机骨架化合物(metal-organic frameworks,MOFs)和金属-有机凝胶(metal-organic gel,MOG)是无机金属离子和有机配体通过配位键连接的配位聚合物,作为有机-无机杂化材料的成员,由于其结构上的特点,在诸多领域具有潜在的应用价值。
本文采用含氮和羧基双官能团配体,合成了一系列有机-无机杂化材料,包括四种金属-有机凝胶催化剂G1-G4,三种具有吸附与潜在催化性能的金属-有机配位聚合物1、2和5,两种具有发光特性的化合物3和4,并对其结构与催化等性能进行研究,结果如下:
1.金属-有机凝胶G1、G2和G4具有典型的纤维状形貌结构,G1能有效地负载Pd(COD)Cl2,得到负载型贵金属催化剂G1-Pd。与均相催化剂Pd(COD)Cl2相比,G1-Pd在空气气氛和温和的条件下对卤代苯及其衍生物与苯硼酸,卤代吡啶与3,5-二甲基苯硼酸的两类Suzuki C-C偶联反应表现出高效的催化性能。由于金属-有机凝胶的不溶解性,该催化剂为异相催化剂,可通过过滤等方法回收反复利用多次。
2.G4中存在Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)混合价态的Cu元素。Cu(Ⅱ)的存在使其对四氢萘的氧化具有良好的选择催化性能,反应后凝胶的SEM形貌没有发生很大的变化,而Cu(Ⅰ)含量增加。
3.化合物1和2为三维网络结构,1具有一维纳米管状通道结构,2具有二维互连纳米管状通道结构,它们代表两种可以从根本上避免结构穿插的新型拓扑结构。5是一维结构,一维链通过π-π作用堆积得到沿c轴延伸的球形冷凝管型一维通道;1和5对N2表现出明显的微孔吸附行为。
4.单稀土金属化合物3和稀土-过渡异金属化合物4中Tb3+能被光敏化激发,发射出特征光谱,分别为Tb3+的5D4→7Fn(n=6,5,4,3)电荷迁移,3和4中金属配位环境的改变及结构上的差异导致Tb3+发射的激发能量及荧光寿命和量子产率等发生了很大改变,其中4的激发能量低于3而量子产率也降低。