基于七核钴簇的从0D到3D金属有机骨架的结构调节及其磁性和在电池应用的研究

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根据结构,金属有机配合物主要分为:金属有机簇,金属有机一维链,金属有机二维层和金属有机三维骨架。由于其在催化,电化学,荧光,气体吸附与分离和磁性等方面的潜在应用,已经引起了广泛的研究。本论文选择灵活的多羟甲基柔性配体bis-tris propane(H6L)为主配体,二羧基联苯(BDA)和间苯二甲酸(IPA)为辅助配体,与含不同阴离子的过渡金属钴盐反应制备了5个不同结构的金属有机配合物。我们详细地探究了5个化合物合成方法之间的联系,分析了金属盐、配体比例、溶剂分子等对金属有机配合物结构的影响。同时,依据配合物不同的结构特点,我们测试了这些化合物在磁性,气体吸附和锂离子电池等方面的潜在应用。本论文主要包含以下两个工作:(1)在溶剂热条件下,通过使用不同的金属钴盐和溶剂,与H6L配体反应成功制备了3个化合物Co4Co3(H2L)3Cl5(MeOH)(1),[Co4Co3(H2L)3(CH3COO)4(HCOO).H2O]n(2),[Co4Co3(H2L)3(HCOO)4(NO3).2H2O]n(3)。化合物1是第一例基于H6L配体的0D七核钴簇;化合物2结晶于手性空间群P212121,含有1D手性螺旋链;化合物3为3D结构。化合物1-3的合成实现了七核钴簇结构从0D到3D的转换。磁性测试结果表明:化合物1和3中存在亚铁磁相互作用,化合物2中具有弱的反铁磁相互作用。最后,我们研究了煅烧化合物2得到的多孔Co3O4在锂离子电池中的应用:在0.2 A g-1电流密度下,在循环100圈后仍具有1122.9 mA h g-1的可逆容量,同时具有出色的倍率性能。(2)在上述工作的基础上,分别向反应体系中引入BDA和IPA刚性多羧酸辅助配体,采用溶剂热法,我们成功制备了两个化合物[Co4Co3(H2L)3(BDA)(CH3COO)4.2H2O]n(4)和[Co4Co3(H2L)3(IPA)(HCOO)3(DMF).H2O]n(5)。化合物4含有一维“之”字型链,而化合物5表现出3D微孔结构。磁性研究表明:化合物4中存在亚铁磁相互作用,化合物5表现出反铁磁相互作用。我们探究了化合物5的气体吸附和碘单质负载性质,同时还测试了负载碘单质后的化合物5对苯甲醛硅腈化反应的催化效果。
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