萘二酰亚胺类金属有机框架的设计合成、结构与性能研究

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近年来,一种新兴的多孔材料—金属有机框架(MOFs)—引起科学家的研究兴趣,成为化学和材料科学的热门研究领域之一,不仅因为它们具有多种多样的拓扑结构,更因为它们作为功能材料在催化、分离、气体储存、离子交换和光电等方面有着潜在的应用。萘二酰亚胺衍生物是缺电子体系,并具有良好的热稳定性和光电性能,若将其引入到MOFs的合成中可构筑具有高热稳定性的多孔MOFs材料。本文用萘-1,4,5,8-四甲酸二酐与含氨基的有机羧酸合成新型配体,与金属离子组装系列的多孔MOFs。并进一步讨论了它们的热稳定性和发光性能。第一章,介绍本课题的研究背景和选题意义,就金属有机框架材料的特点和应用做了简单的介绍,然后对本论文的选题意义及技术路线做了概述。第二章,用萘-1,4,5,8-四甲酸二酐与甘氨酸、L–丙氨酸反应,生成配体(H2L1和H2L2)。H2L1自组装得到由氢键和π···π共轭作用形成的具有二维网格结构的化合物NCF-2,与1,10-邻菲罗啉、芘进行组装得到由氢键作用形成的具有二维网格结构的化合物NCF-1和由氢键作用形成的具有一维网格结构的NCF-3,与过渡金属离子Zn(II)组装得到具有二维结构的化合物NCF-4; H2L2与1,10-邻菲罗啉组装得到具有一维Z字形结构的化合物NCF-5。探讨了共轭大分子对化合物的荧光的影响。第三章,用萘-1,4,5,8-四甲酸二酐与5–氨基间苯二甲酸反应,得到刚性配体(H4BIPA-TC)。H4BIPA-TC自组装得到具有二维“蜂窝状”结构的化合物NCF-9,与碱土金属离子Ca(II)、过渡金属离子Cd(II)、Cu(II)组装得到金属有机框架材料NCF-6、7、8。X-射线单晶衍射分析表明,NCF-6有三维二重穿插结构, NCF-7具有三维三重穿插结构,NCF-8具有三维交错层状结构。研究表明,NCF-6和NCF-7在光照的条件下发生变色现象,NCF-6由橘黄色变为绿色,NCF-7由桔黄色变为绿色。第四章,用萘-1,4,5,8-四甲酸二酐与4–氨基吡啶反应,得到吡啶类配体(DPNI)。DPNI自组装得到具有一维网格结构的化合物NCF-10,与芘组装得到具有一维网格结构的化合物NCF-11,它们都是靠π···π堆积作用形成的;加入辅助配体2,2-二(4-甲酸苯基)六氟异丙烷(H2hfipbb),在溶剂热条件下得到了由二核锌簇形成的金属有机框架NCF-12。研究表明,NCF-12在光照的条件下发生变色现象,由黄色变为绿色。并对部分化合物的荧光性能进行了研究。第五章,对整篇论文的工作做了系统的总结和展望。我们得到的萘二酰亚胺类的化合物在强烈光照的条件下大部分会发生变色现象,这也将是我们以后研究的重点。
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