有机骨架材料的合成、结构与性质研究

发布时间：2016-08-24 09:02

  本文关键词：基于低对称三羧酸配体金属—有机骨架材料的合成、结构与性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

基于低对称三羧酸配体金属—有机骨架材料的合成、结构与性质研究

张传奇  

【摘要】：二十一世纪，氢能，太阳能，核能，生物能等清洁能源的利用对于推动全球经济发展和解决环境问题具有重大意义。这些清洁能源的利用和存储均离不开材料科学的支持，开发和研究新型材料以实现对清洁能源安全可靠地存储和利用至关重要。多孔材料因其具有大的比表面、规则的孔道、多样化的功能活性中心等特点，被广泛用于石油化工，精细化工，日用化工等领域。为了满足不同功能的需求，人们通过调变和改性等方法，不断提高沸石分子筛，多孔氧化物，介孔材料等传统多孔材料的性能。与此同时，人们还大力致力于新型多孔材料的开发和利用。金属-有机骨架材料是由金属离子或金属簇与有机配体通过自组装过程相互连接形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。相比传统的无机多孔材料，金属-有机骨架材料作为一种新型的多孔材料具有更为丰富多样的骨架结构，更高的比表面积和孔容量，，最重要的是，金属-有机骨架材料在一定程度上具有可设计性和可功能化的特点。目前，金属-有机骨架材料已应用在催化，气体储存，分离，化学传感，光电材料等领域。 近年来，金属-有机骨架材料的研究主要集中在以特定功能为导向的定向设计与合成。无机金属中心，特别是有机配体对金属-有机骨架材料的结构和性能起决定性的作用。本论文旨在通过设计合成新颖的有机配体，构筑具有新颖结构和性质的金属-有机骨架材料，详细研究这些材料的性质并开发其潜在的应用。主要结果如下： 1、从设计有机配体出发，利用Suzuki偶联反应制备了一种新型刚性低对称性三齿羧酸配体3,4’’,5-三联苯三羧酸(H3TPT)。H3TPT的设计是基于以下两点考虑：相对于以往文献报道的低对称性三齿羧酸配体，H3TPT配体具有拓展的骨架结构，以它作为构筑基元有利于形成三维多孔结构的金属-有机骨架材料；H3TPT配体具有π电子富集的芳香环，选择合适的无机金属中心可以与H3TPT配体构筑具有荧光性质的金属-有机骨架材料。 2、在溶剂热条件下，H3TPT配体与过渡金属离子构筑了三个具有不同结构的三维金属-有机骨架材料： Cd3(TPT)2(DMF)2·(H2O)0.5(1)，Zn3(TPT)2(DMF)2·0.5HNMe2(2)和NH2Me2·[Zn(TPT)]·DMF (3)。其中化合物1和化合物2的结构都是由TPT3-配体羧酸基团与过渡金属离子形成的金属-羧酸链与TPT3-配体连接形成三维网络结构。化合物3的结构是由双核锌簇与三连接的TPT3-配体相互连接形成的三维网络结构。化合物1-3都具有很好的荧光性质，它们的微晶相(1’-3’)在芳香基硝基爆炸物检测方面有潜在的应用。 3、在溶剂热条件下，通过使用H3TPT配体与La3+离子构筑了一个具有荧光性质的微孔稀土金属-有机骨架材料化合物La(TPT)(DMSO)2·H2O (4)。化合物4是由双核镧簇作为次级结构单元(SBUs)与TPT3-配体相互连接构筑的具有三维交叉孔道的金属-有机骨架材料。化合物4在室温下对二氧化碳具有一定量的吸附，该化合物还可以选择性地检测2,4,6-三硝基苯酚和Fe3+离子。 4、在溶剂热条件下，以H3TPT为配体，以Cu2+离子作为无机金属源构筑了一个具有agw-拓扑结构的金属-有机骨架材料[Cu3(TPT)2(H2O)3]·xGuest (5)。化合物5是由双核铜簇和三核铜簇两种无机结构基元与TPT3-配体相互连接构筑而成的具有开放孔道结构的三维金属-有机骨架材料。相比其他具有agw-拓扑结构的金属-有机骨架材料，由于低对称三齿羧酸配体H3TPT具有更大的拓展性，化合物5将具有更大孔体积。此外，以5-氨基间苯二甲酸(5-AIPA)为配体，以Cu2+离子作为无机金属源合成了一个具有四核铜簇的三维金属-有机骨架材料[Cu4(5-AIPA)3(OH)2]·2DMF (6)。在化合物6的结构中，四核铜簇作为次级结构单元(SUBs)由氨基和羧基都参与配位的AIPA配体相互连接形成一个平面二维层，另一种氨基未参与配位的AIPA’配体柱撑起平面二维层从而形成一个三维网络结构。值得注意的是，化合物6孔道中分布的未参与配位的氨基和大量游离的DMF分子和水分子，该化合物在高湿度和高温条件下展现出高效的质子传导性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4
【目录】：

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