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功能配位化学旨在以功能为导向合成具有良好性质的配位聚合物,并研究其结构与性质的关系。金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)由于其配体和金属离子的多样性以及合成条件的可控性,在诸多方面有着广泛的应用前景。本论文总结了近些年MOFs及其后修饰的重要进展,以配合物的功能性为导向,设计合成了三个系列的微孔MOFs,并解析了其中24个未见文献报道的配合物的单晶结构。利用元素分析、XRD等手段对这些配合物进行了表征并研究了部分配合物的磁性、荧光、热稳定性等性质。主要内容如下:
1.以LA为配体,合成了一系列具有新颖结构的三维稀土多孔配合物。其结构可分为三类:La-Pr(Ⅰ),Nd-Er(Ⅱ),Tm-Lu(Ⅲ)。金属离子的配位数从九过渡到八,表现出明显的镧系收缩效应。第二类结构中具有有趣的螺旋结构和较高的热稳定性(470℃),其中Dy-LA配合物表现出单分子磁体行为。
2.以LA为配体,合成了一系列Co-LA配位聚合物,包括以四核钴簇为节点的MOF和Co-Na异金属三维配位聚合物等结构,后者表现出新的拓扑构型,对部分配合物进行了磁性、热稳定性等性质研究。
3.以CIPA及其系列为配体,合成了一系列结构多样的配位聚合物。其中有六边形孔道的MOF,有含多种有机配体且具有手性空间群的二维结构,还有多重穿插的拓扑构型等。
4.对Ln-LA系列进行了后修饰的研究,结果说明,该类MOFs可以使高锰酸钾溶液大幅降解,在环保方面可能有广阔的应用前景。实验表明,按照反应比例,1mol该类MOFs可以降解24mol的KMnO4,反应条件温和,这将对污水处理等环保项目有一定的贡献价值。