基于联吡啶类配体与铜(Ⅰ)配合物的合成、表征及荧光性质的研究

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铜(Ⅰ)配合物作为一种廉价、丰富的材料,因其丰富的结构和光物理性质以及在光电、催化和生物系统中的潜在应用而引起了人们的广泛关注。桥连吡啶基配体和螯合吡啶基配体因为强的配位能力和结构多样性而被深入研究,特别是基于Cu I-吡啶(py)配体的配合物显示出优越的结构多样性。至今为止,有关桥连吡啶基配体和螯合吡啶基配体的配位模式以及与Cu(Ⅰ)构建的铜簇结构都比较单一,铜簇合物的功能应用也相对比较局限。而且前期对联吡啶-Cu I簇合物的研究也还存在很多数据不足,实验方法不完善等问题。为了系统地研究联吡啶配体与Cu(Ⅰ)构建的具有不同优异功能应用的铜簇合物,通过增加柔性配位原子和利用还原转换法对二溴联吡啶配体进行修饰,使其具有多样的配位模式,与Cu(Ⅰ)构建结构复杂多样的铜簇合物。本文成功地制备了四种硫醚类联吡啶配体:有机配体5,5’-二(2-巯基吡啶)-2,2’-联吡啶(L1),5,5’-二((苄硫基)甲基)-2,2’-联吡啶(L2),有机配体6,6’-二(2-巯基吡啶)-2,2’-联吡啶(L3),6,6’-二((苄硫基)甲基)-2,2’-联吡啶(L4),利用这4个配体分别合成了8个配合物:Cu6(C5H4NS)6(1)、Cu4(L1)4(NO3)4(2)、Cu4I4(L4)2(3)、Cu2I2L4(4)、Cu12I12(L2)4·(H2O)4(5)、Cu2I2(L2)2(μ-C2O4)(6)、Cu4I4(L3)2(7)、Cu C17H16N4O7S(8)。配合物1具有一个变形的Cu6八面体构型,且配合物中有较明显的S-Cu相互作用。配合物2是一个双核二价铜的配位聚合物,其非对称单元由四个二价铜离子采取扭曲的三角双锥构型构成。配合物3是一个具有典型阶梯立方Cu4I4单元的四核配合物,其Cu4I4单元由两个菱形二聚体Cu2I2单元通过共享两个μ3-I阴离子相连而成。配合物4是一个具有两个长菱形Cu2I2单元的四核配合物,其中两个Cu(Ⅰ)离子仍采用扭曲的四面体几何形状,但显示出不同的结合模式。配合物5是具有水分子配位的Cu4(H2O)4结构单元的配位聚合物。配合物5中有两种铜离子和3种类型的铜簇,四个L2配体中的两个以面对面的方式将四个铜离子与Cu N2O3配位环境相连构建Cu4立方体,立方体的外围被两种类型的Cu I簇(Cu2I3S2和Cu4I6S4)包围。配合物6是由草酸根桥联的双核Cu(II)配合物。配合物7是一个阶梯状Cu4I4四核铜簇,其结构和配体L3与Cu I直接反应得到的Cu4I4四核铜簇相同。配合物8是一个伴有分子内氢键生成的的单核二价铜配合物。配合物1和7均由还原转换合成制得。紫外光谱显示配合物1和7在450 nm处吸收最强,且在可见光区有较大的范围的吸收。配合物3可以热转换为配合物4,即配合物的铜簇核心由阶梯状的四核铜簇3热转变为蝴蝶形双核铜簇4。紫外光谱显示配合物4比配合物3具有更大范围的可见光吸收。L2-Cu I溶液具有很强的还原性,可以将二氧化碳还原为草酸,XPS能谱图证明配合物5中确实存在两种价态的铜离子,紫外光谱图显示配合物5相比配合物6在可见光区吸收范围更大。荧光光谱测试表明配合物3、4、7具有经典的铜簇中心LE(低能量)发射带和HE(高能量)发射带,配合物5由于水分子参与配位导致荧光猝灭,配合物1在552 nm处有着不同于经典铜簇中心的LE发射带和HE发射带的发射峰。本文通过调控不同的配体结构,合成了多个配位结构丰富的配合物,从而调控了具有不同功能应用的配合物以及配合物荧光性质的差异。
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