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孔性配位聚合物凭借其独特的结构可剪裁性、多样的拓扑结构和在氢气存储、离子交换、吸附、分子识别、催化以及光、电、磁、手性拆分等领域的巨大潜在应用,已经发展成为一种新型的功能材料,受到了各界科学家们越来越多的关注。这类开放骨架的金属-有机骨架化合物可以按照晶体工程的原理,通过选择特定几何构型的中心金属离子或金属簇和特殊的有机配体,在一定程度上实现晶态孔材料的定向设计和合成,同时,还可以通过选择功能性的中心金属离子(簇)和有机官能团配体,赋予目标化合物以多功能的性质。 本论文从金属-有机骨架化合物的功能性出发,选择了四种含氨基或炔基的芳香有机多酸配体,合成出14个配位聚合物,主要研究这类化合物的合成、拓扑结构和多功能性质,旨在探索金属-有机骨架化合物的结构多样性,并在结构研究的基础上,开发新型次级结构单元以及具有新颖拓扑结构的金属-有机骨架化合物。全文共分三章。 第一章为前言,概述了目前配位聚合物的研究进展,其中包括配位聚合物的设计与合成,重点就孔性配位聚合物这类新型功能材料在气体储藏领域的潜在应用研究现状做了详细介绍,最后对选题思路做了概述。羧酸配体丰富多变的配位模式,配体的构型差异和合成的框架材料网络间不同的作用力,可以实现动态或刚性孔性配位聚合物的构筑,故本文选取对称性不同的含氨基的有机芳香二酸(羧酸成V形的AIP和直线形的AT)和含乙炔基的有机芳香四酸(羧酸成V形的EBTC或直线形的EDDT)作为构筑金属有机骨架化合物的桥连配体。 第二章首先描述AIP与过渡金属离子构筑的2个二维双层结构:Co(AIP)(BPY)0.5·H2O]n·2nH2O(1)和[Ni(AIP)(BPY)0.5·H2O]n·2nH2O(2),每分子单元可获得的孔体积分别为24.1%,22.8%。二者具有很好的热稳定性,而且具有动态固体材料对于水分子的可逆转化性质,即:在晶体和晶体型态之间可逆转化,它们可作为潜在的新型吸水剂材料。之后用AT与Cd2+构筑了3个具有不同结构的超分子配合物:[Cd(AT)(H2O)]n(3)、[Cd(AT)(Py)]n(4)、[Cd(AT)(DPP)]n(5),考察了所得化合物网格的拓扑类型及化合物的热稳定性。 第三章首先合成了一个含乙炔基的有机芳香四酸EDDT,然后先描述了EDDT同分异构体EBTC与过渡金属离子构筑的7个孔性配位聚合物:[Cu2(EBTC)(H2O)2]·2DMF·H2O(6)[Zn2(EBTC)(H2O)2]·4H2O·2DMF(7)[Zn2(EBTC)(H2O)2]·1.5H2O·2DMF(8)[Zn2(EBTC)(H2O)2]·10.5H2O·0.5DMF·0.5DMSO(9)[Zn3(EBTC)2]·2NH2+(CH3)2·0.5DMSO·3H2O(10)[Zn(EBTC)0.5(BPY)]·2DMSO·0.5DMF·2H2O(11)[Zn2(EBTC)(BPP)2]·7DMSO·4.3DMF·9H2O(12) 化合物6是基于双核铜的轮桨状次级结构单元构筑的三维孔性配位聚合物,当去除配位水及客体溶剂分子后,对N2、HE、CO2以及甲烷等有机小分子都表现出良好的吸附性能,最重要的是在1bar,273K条件下,对乙炔的吸附量为252cm3g-1,吸附量为1 mmol g-1时的吸附焓为34.5 kJ mol-1,是目前报道中同等条件下乙炔吸附量最高的。 化合物7-9是基于双核锌的轮桨状次级结构单元构筑的三维孔性超分子同分异构体,化合物7和8具有相同拓扑(NbO-a型)而结构不同,化合物9具有四节点(3,3,3,3)-连接的(4·12·14)(4·122)(4·8·10)2新型拓扑结构,骨架内有相互垂直平行排布的2D孔道,化合物7-9在室温下分别于399 nm、400 nm、427 nm显示出很强的荧光发射,在发光材料领域中具有潜在的应用价值。 化合物10是基于线形三核锌次级结构单元构筑的三维孔性配位聚合物,具有双节点(4,4,4,4,8)-连接的(33·63)8(612·912·124)新型拓扑结构,在391 nm显示较强的荧光发射。 引入2个含双吡啶基配体4,4’-bipyridine(BPY)和1,3-bi(4-pyridyl)propane(BPP),对{Zn/EBTC}体系结构进行进一步修饰,分别构筑了具有3D孔道的开放骨架化合物11和具有三重1D孔道(结构二重贯穿引起)的孔性配位聚合物12,12具有双节点(4,4,4)-连接的(42·64)(4·64·8)2新型拓扑结构,且在427nm显示很强的荧光发射。 其次,利用线形羧酸配体EDDT与过渡金属锌离子构筑了2个配位聚合物:[Zn(EDDT)0.5·2H2O](13)、[Zn(EDDT)0.5·(BPE)](14),化合物13是通过氢键将2D层连接成3D超分子网络,化合物14是柔性吡啶基BPE通过配位键将2D层连接成具有1D孔道的3D开旷结构,且在451nm显示很强的荧光发射。