基于双吡啶配体和多羧酸的配合物的制备和性能研究

来源 :淮北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:matlab_walker
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近年来,随着大量具有特殊空间结构和优良性能的配位聚合物被合成出来,这类无机-有机杂化的晶态材料受到了人们越来越多的关注。以金属离子和多齿有机配体为反应原料,通过调控合成条件,利用配位键驱动自组装能够形成具有独特的规整性孔道、规则性空间拓扑结构、周期性网络结构的功能材料。目前,配位聚合物在光致发光、催化、吸附、分离、磁性、电化学等多个领域均展现了良好的应用前景。研究表明,在制备配位聚合物的过程中,有机配体的选择通常会对产物结构产生决定性的影响。在常用的有机配体中,氮杂环有机配体与多齿羧酸配体是非常亮眼的组合。作为多齿O型供体配体的一种,多齿羧酸是构建配位聚合物的良好候选物,多齿羧酸配体可以平衡金属离子的正电荷并显著增强产物的稳定性。此外,多齿羧酸具有多种配位模式,以形成各种金属羧酸盐单元,从而为合成具有多种空间结构的配位聚合物提供无限可能。在本文中,我们选用了多齿羧酸、过渡金属离子以及双吡啶配体通过水热反应分别构筑了8种具有独特空间拓扑结构的配位聚合物。对配位聚合物进行了表征并通过X-射线单晶衍射确定它们的空间结构。论文主要内容如下:一、选取双吡啶配体trans-1-(2-amino-pyridin-3-yl)-2-(pyridin-4-yl)ethene(2-NH2-3,4-bpe),两种相似的二元羧酸5-甲基间苯二甲酸,英文名称为:5-methylisophthalic acid(5-Me-H2ip),5-羟基间苯二甲酸,英文名称为:5-hydroxyisophthalic acid(5-HO-H2ip),金属盐Cd(NO32·4H2O,通过水热合成的方法构筑出两种结构不同的配位聚合物:[Cd(5-Me-ip)(2-NH2-3,4-bpe)]n(1)[Cd(5-HO-ip)(2-NH2-3,4-bpe)]n(2)X-射线单晶衍射结果表明:配合物1在中心金属离子、有机配体桥连形成二维配位聚合物,再通过分子间氢键连接为三维超分子网络,2为厚二维平面网络。由于其他反应物和反应条件相同,1和2之间的结构差异主要是因间苯二甲酸5-位上的不同取代基决定的。通过荧光光谱、热重分析表征这两种配位聚合物,两者均显示出良好的热稳定性和光致发光性能。二、选取双吡啶配体2-NH2-3,4’-bpe,过渡金属离子Co(Ⅱ),分别与多齿羧酸1,2,4,5-苯四甲酸(1,2,4,5-H4BTC)、1,4-萘二甲酸(1,4-H2NDC),通过水热合成的反应方法,经自组装构筑出两种具有独特空间结构的配位聚合物:[Co(1,2,4,5-BTC)(2-NH2-3,4’-Hbpe)2]n(3)[Co(1,4-NDC)(2-NH2-3,4’-bpe)]n(4)配合物3是一个一维的链状结构,4通过自组装最终形成了一个四重穿插的三维类金刚烷网络配位聚合物。因两种配位聚合物均在相同的合成条件下制备,它们最终的结构差异可以归因于不同羧酸配体在自组装过程中的配位模式产生了关键性影响。三、选取双吡啶配体2-NH2-3,4’-bpe,过渡金属离子Zn(II)作为中心金属离子,四种多齿羧酸1,3,5-均苯三甲酸(1,3,5-H3BTC)(5)、2,6-萘二甲酸(2,6-H2NDC)(6)、5-甲基间苯二甲酸(5-Me-1,3-H2BDC)(7)、5-氯间苯二甲酸(5-Cl-1,3-H2BDC)(8)分别构筑出相对应的四种配位聚合物:[Zn(1,3,5-BTC)(2-NH2-3,4’-Hbpe)]n(5)[Zn(2,6-NDC)(2-NH2-3,4’-bpe)]n(6)[Zn(5-Me-1,3-BDC)(2-NH2-3,4’-bpe)]n(7)[Zn(5-Cl-1,3-BDC)(2-NH2-3,4’-bpe)]n(8)配合物5形成的是二维(4,4)网格,6的单个二维网络孔道较大,所以形成的是独特的2D→3D穿插三维结构。在7和8中,2-NH2-3,4’-bpe的两个吡啶基均参与配位,两个配位聚合物最终形成类似的二维(4,4)网格。该结果表明,通过选择不同的羧酸配体,可以对配位聚合物的结构进行调控。
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