多孔及荧光金属—有机框架（MOFs）的合成、结构与性质研究

发布时间：2018-01-27 12:13

  本文关键词： 金属-有机框架化合物 荧光检测 气体吸附 储氢材料　出处：《华中师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本论文以晶体工程学原理为依据,从金属-有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)晶体材料的功能性与应用出发,主要研究这类化合物的合成、拓扑结构和多功能性质,旨在探索金属有机框架晶体材料的结构多样性,并在结构研究的基础上,探究具有新颖拓扑结构的金属有机框架晶体材料的性质应用。本论文选择具有不同配位构型的芳香羧酸配体及中性桥联配体与过渡金属离子构筑了10个金属有机框架化合物,并测定了其单晶结构,重点研究了这些化合物在气体吸附、荧光检测、储氢等方面的性质。本论文包含五个部分的内容,第一个部分简单介绍了金属有机框架化合物(MOFs)的相关概念以及这类材料的合成方法与影响因素,并介绍了目前多孔及荧光MOFs的研究进展。第二个部分以共轭噻吩三羧酸：Benzo-(1,2;3,4; 5,6)-tris(thiophene-2'-carboxylic acid) (H3BTTC)为有机连接体通过溶剂热方法合成并表征了2个三维的微孔化合物：Cu6(BTTC)4(H2O)6·xS(化合物1)和[(CH3)2NH2]3[(Cu4Cl)3(BTTC)8]·yS(化合物2,S代表未配位的溶剂分子),它们都是由切角八面体组成的,并且含有纳米级的孔道,显示不同的拓扑结构。化合物1对氢气分子和二氧化碳分子显示出较高的吸附焓,这主要是由于在化合物1的孔道表面存在暴露的金属铜位点。尤其,活化的化合物1显示出了对某些气体分子高效的分离效率,例如在室温条件下从氮气、二氧化碳和甲烷气体中分离出二氧化碳。第三个部分以芳香三羧酸：3,5-bis(4'-carboxylphenoxy)benzoic acid (H3BCPBA)为主要配体,中性桥联配体4,4'二咪唑基联苯(bimb)为辅助配体,合成了4个MOFs: [Co2(BCPBA)2(bimb)2(DMA)2(H2O)2]n(化合物3)、[Mn3(BCPBA)2(DMA)2(H2O)2]n(化合物4)、[Cu3(BCPBA)2(bimb)3(DMA)3(H2O)5]n (化合物5)和[Cd2(BCPBA)2(bimb)2(DMA)2(H2O)]n(化合物6)。它们都是三维的网络结构,其中化合物3和6为异质同构,它们的结构中配体H3BCPBA有一个羧基没有参与配位；化合物6具有较强的荧光,通过荧光淬灭实现了对五类物质定量的选择性检测(溶剂小分子acetone、农药Methyl parathion、硝基苯类化合物、Cr2O72-、Cu2+、Ni2+),化合物6有可能成为一个较好的荧光检测材料；化合物4和5的结构中都含有孔道,通过PLATON计算得到其孔洞有效率分别为16.2%和25%,金属原子上都有水分子参与配位,配位的水分子可以很容易地通过加热或是抽真空的方法移除,活化后的化合物4和5能选择性地吸附C02分子。第四个部分以芳香二羧酸：3-((4'-carboxybenzyl)oxy)benzoic acid (3,4'-H2CBOB)和4-((2'-carboxybenzyl)oxy)benzoic acid (4,2'-H2CBOB)为主要配体,4,4'-二咪唑基联苯(bimb)为辅助配体,合成了4个MOFs:[Ni(4,2'-CBOB)2(bimb)2(H2O)]n(化合物7)、[Ni(4,2'-CBOB)3(bimb)2]n(化合物8)、[Co(4,2'-CBOB)3(bimb)2]n(化合物9)和[Cd4(3,4'-CBOB)6(bimb)4]n(化合物10)。化合物7、8和9为二维的网状结构,其中化合物8和9为异质同构；化合物10是一个三维的网络结构,具有较强的荧光,通过荧光淬灭实现了对五类物质定量的选择性检测(溶剂小分子acetone、农药Methyl parathion、硝基苯类化合物、Cr2O72-、Cu2+),化合物10有可能成为一个较好的荧光检测材料。第五个部分对本论文的研究成果做了简单小结,提出了研究的创新点,并对MOFs作为气体吸附材料及荧光材料的应用前景进行了展望。
[Abstract]:In this paper, the principle of crystal engineering as the basis, from metal organic frameworks (metal-organic, frameworks, MOFs) function and application of crystal materials, mainly studies the synthesis of these compounds, topological structure and multifunctional properties, in order to explore the structure of metal organic framework crystal material diversity, and based on the study of the structure. Research of properties of metal organic framework crystal materials with novel topological structure. 10 metal organic frameworks constructed in this paper with different configuration of aromatic carboxylic acid ligands and neutral ligands and transition metal ions, its crystal structure was determined, focusing on the fluorescence detection of these compounds in gas adsorption properties. Hydrogen storage and so on. This thesis consists of five parts, the first part briefly introduces the metal organic frameworks (MOFs) related concepts The factors and methods of synthesis of this kind of material and influence, and introduces the research progress of porous and fluorescence of MOFs. The second part in three: Benzo- conjugated thiophene carboxylic acid (1,2; 3,4; 5,6) -tris (thiophene-2'-carboxylic acid) (H3BTTC) as the organic solvent through the connection methods of thermal synthesis and characterization of 2 three the microporous compounds: Cu6 (BTTC) 4 (H2O) 6 - xS (compound 1) and [(CH3) 2NH2]3[(Cu4Cl) 3 (BTTC) 8] - yS (compound 2, S represents the distribution of solvent molecules), they are composed of eight corner cutting surface body, and containing nano the channel shows different topologies. 1 compounds of hydrogen molecules and carbon dioxide showed higher enthalpy of adsorption, which is mainly due to the presence of copper sites exposed in compound 1 pore surface. Especially, the activation of the 1 compounds showed on the separation efficiency of some high molecular gases, such as 瀹ゆ俯鏉′欢涓嬩粠姘�姘�,浜屾哀鍖栫⒊鍜岀敳鐑锋皵浣撲腑鍒嗙�诲嚭浜屾哀鍖栫ⅲ�

本文编号：1468449