新型金属—有机骨架材料的设计合成及荧光、吸附性质研究
本文选题:有机配体 + 金属-有机骨架 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:在过去的二十年中,金属-有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料已经成为化学家、物理学家以及材料科学家广泛研究的热点之一。金属-有机骨架材料主要是通过金属或金属簇与多齿有机配体自组装形成的一种高度结晶的无机-有机杂化材料。与传统的无机沸石和多孔碳相比,金属-有机骨架材料具有更优越的性能,比如:高的比表面积,孔道尺寸可调控,骨架易于修饰等,这使得该材料在荧光传感、储能、吸附分离、磁性、催化、药物释放等方面均展现出良好的应用价值。本论文中我们设计合成了两种新颖的有机配体,利用这两种配体分别与镧系元素和过渡金属铜元素在溶剂热条件下合成了一系列新型的MOFs材料,并对这些材料的结构与性质做了详细的表征,主要结果如下:1.基于1,2,3-三氮唑三羧酸配体的稀土金属-有机骨架材料对金属离子和硝基化合物的荧光传感:利用铜催化的叠氮化物-炔烃环加成(Cu AAC)反应合成了一个含有1,2,3-三氮唑的非对称三羧酸配体5-[4-(4-羧基-苯基)-[1,2,3]三唑-1-基]-间苯二甲酸(H3TAIP),在溶剂热条件下,H_3TAIP配体与稀土元素铽、镧、铕自组装形成了三例具有新颖三维结构的金属-有机骨架材料:[Tb(TAIP)(DMF)_2](化合物1),[La(TAIP)(DMF)_2]?(DMF)_(0.5)(化合物2)和[Eu(TAIP)(DMF)_2](化合物3)。单晶X-射线衍射分析表明这三个化合物具有相同的结构,均为镧系双核金属簇与TAIP3-配体形成的三维网状结构。它们结晶于单斜晶系C2/c空间群,简化后拓扑的顶点符号为(4~2?6)_2(4~4?6~2?8~7?10~2)。我们研究了三种化合物的荧光性质,测试结果表明化合物1-3均具有发光性质,且化合物1的发光强度明显高于化合物2、3,因此我们将化合物1用于对金属离子和硝基化合物的荧光传感,发现化合物1对4-硝基苯酚(4-NP)和三价铁离子Fe~(3+)均表现出了良好的选择性检测能力,是一种潜在的化学荧光传感材料。2.基于T形吡啶二羧酸配体的金属-有机骨架材料的合成及其对气体吸附性能的研究:利用Suzuki偶联反应合成了一个新型的T形吡啶二羧酸配体4?-(吡啶-4-基)-[1,1?-联苯]-3,5-二羧酸(H_2PBPD)。在溶剂热条件下,H_2PBPD配体与铜离子自组装形成了一例新颖的三维金属-有机骨架多孔材料[Cu(PBPD)(DMF)_2(H_2O)_3](化合物4)。单晶X-射线衍射分析表明该化合物结晶于六方晶系R-3空间群,是一种3,6连接的三维结构,简化后拓扑的顶点符号为(4~2?6)_2(4~4?6~2?8~6?10~3)。稳定性测试表明,化合物4在不同有机溶剂中浸泡两个月以及在空气氛围中250 oC煅烧半小时均能够保持原有的晶体结构。77 K氮气吸附-脱附测试表明,该化合物具有微孔特征,其BET比表面积为1682 m~2g~(-1)。另外,该化合物在273 K常压下对下甲烷和二氧化碳的吸附量分别为45 cm~3g~(-1)和114 cm~3 g~(-1)。最后,对化合物4做了二氧化碳循环吸附能力的测试,测试结果表明化合物4经过10次循环后吸附能力没有下降,并且保持了原有结构。以上实验结果表明该类配体在制备高稳定和高吸附性能的MOFs材料方面具有一定的价值。
[Abstract]:In the past twenty years, Metal-organic frameworks (MOFs) has become one of the hotspots of extensive research by chemists, physicists and material scientists. The metal organic skeleton material is a highly crystalline inorganic organic heterozygosity formed by the self-assembly of metal or metal clusters with multi tooth organic ligands. Compared with the traditional inorganic zeolite and porous carbon, the metal organic skeleton materials have superior properties, such as high specific surface area, the pore size can be controlled and the skeleton is easy to modify. This makes the material have good application value in the fields of fluorescence sensing, energy storage, adsorption and separation, magnetism, catalysis, drug release and so on. In this paper, two novel organic ligands were designed and synthesized. A series of new MOFs materials were synthesized with the two ligands and the lanthanide elements and transition metal copper elements respectively under the solvent heat condition. The structure and properties of these materials were characterized in detail. The main results are as follows: 1. based on the ligand of 1,2,3- three azoles three carboxylic acid ligands The fluorescence sensing of metal ions and nitro compounds by rare earth metal organic skeleton materials: a asymmetric three carboxylic acid ligand, 5-[4- (4- carboxy phenyl) -[1,2,3] three azoles -1- based -1- based -1- two formic acid (H3TAIP), is synthesized by the reaction of azide alkyne cycloaddition (Cu AAC) catalyzed by copper catalyzed reaction of azidazole and alkynes (1,2,3-). In solvent thermal condition, H_3 TAIP ligands and Rare Earth Terbium, lanthanum and europium have formed three metal organic skeleton materials with novel three-dimensional structure: [Tb (TAIP) (DMF) _2] (compound 1), [La (TAIP) (DMF) _2]? (0.5) (compound 2) and [Eu (TAIP) (3). Single crystal diffraction analysis shows that these three compounds have the same structure, all lanthanum It is a three-dimensional network structure formed by the binuclear metal clusters and TAIP3- ligands. They crystallize in the monoclinic C2/c space group. The vertex symbol of the simplified topology is (4~2? 6) _2 (4~4? 6~2? 8~7? 10~2). The fluorescence properties of the three compounds are studied. The test results show that the compounds 1-3 have luminescent properties, and the luminescence intensity of compound 1 is significantly higher. In compound 2,3, we use compound 1 for the fluorescence sensing of metal ions and nitro compounds. It is found that compound 1 shows good selectivity for 4- nitrophenol (4-NP) and trivalent iron ion Fe~ (3+). It is a potential chemical fluorescence sensing material.2. based on the T - shaped pyridine two carboxylic acid ligand. Synthesis of skeleton materials and their properties for gas adsorption: a novel T - shaped pyridine two carboxylic acid ligand 4? - (pyridine -4- based) -[1,1? Biphenyl]-3,5- two carboxylic acid (H_2PBPD) was synthesized by Suzuki coupling reaction. In solvothermal condition, a novel three-dimensional metal organic skeleton porous structure was formed by H_2PBPD ligands and copper ions in a solvothermal condition The material [Cu (PBPD) (DMF) _2 (H_2O) _3] (compound 4). The single crystal X- ray diffraction analysis shows that the compound crystallizes in the R-3 space group of the six square crystal system and is a three-dimensional structure of the 3,6 connection. The vertex symbol of the simplified topology is (4~2? 6) _2 (4~4??). The stability test shows that compound 4 is soaked for two months in different organic solvents and is in the process. In air atmosphere, 250 oC calcined for half an hour can maintain the original crystal structure.77 K nitrogen adsorption desorption test, which shows that the compound has microporous characteristics and its BET specific surface area is 1682 m~2g~ (-1). In addition, the absorption of the compound under 273 K atmospheric pressure on lower methane and carbon dioxide is 45 cm~3g~ (-1) and 114 cm~3 g~ (-1). Finally, The cyclic adsorption capacity of carbon dioxide was tested on compound 4. The test results showed that the adsorption capacity of compound 4 was not decreased after 10 cycles, and the original structure was maintained. The above experimental results showed that the ligand had a certain value in the preparation of MOFs materials with high stability and high adsorption properties.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O641.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 王玉鹏;赵丽华;胡容峰;;缓释骨架材料在药物制剂中的应用[J];中国药房;2007年25期
2 高称意;纤维骨架材料技术讲座 第2讲 纤维骨架材料的分类和性能(续完)[J];橡胶工业;2000年12期
3 文华;橡胶骨架材料专业委员会召开筹备会议[J];中国橡胶;2002年09期
4 文军;中橡协骨架材料专业委员会成立[J];中国橡胶;2002年14期
5 陈振宝;尚伟;;我国橡胶用骨架材料市场需求预测与建议[J];橡胶科技市场;2003年11期
6 高称意;新一轮纤维骨架材料建设热潮剖析[J];产业用纺织品;2004年08期
7 高称意;我国骨架材料行业的现状(一)[J];橡胶科技市场;2005年04期
8 高称意;我国骨架材料行业的现状(二)[J];橡胶科技市场;2005年05期
9 刘锦兰;刘全平;曹越;;视角六:推进自主创新 打造中国骨架材料名牌[J];中国橡胶;2006年18期
10 柳永杰;马建伟;;橡胶骨架材料行业浅析[J];橡胶科技市场;2008年07期
相关会议论文 前10条
1 裘式纶;;多孔有机骨架材料[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第27分会:多孔功能材料[C];2014年
2 宋雪旦;王新平;郝策;邱介山;;发光金属有机骨架材料用于检测炸药分子硝基苯的理论研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第15分会:理论化学方法和应用[C];2014年
3 朱广山;;目标合成多孔芳香骨架材料及其性质研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第13分会:晶体工程[C];2014年
4 贲腾;裘式纶;;共价多孔有机骨架材料的靶向合成与功能研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
5 常翠兰;祁晓月;李先江;王欣;白玉;刘虎威;;磁性金属-有机骨架材料的制备及其在手性分析中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第02分会:分离分析及微、纳流控新方法[C];2014年
6 钟地长;贾新建;邓记华;罗序中;;一个超级稳定并具有高选择性气体和溶剂分离功能的微孔氢键有机骨架材料[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第27分会:多孔功能材料[C];2014年
7 李先江;常翠兰;白玉;刘虎威;;手性金属有机骨架材料在色谱分离中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第02分会:分离分析及微、纳流控新方法[C];2014年
8 宋莉芳;高亚娜;;金属有机骨架材料在催化中的研究进展[A];第十届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2013年
9 韩娟娟;赵小莉;;一种三维多孔金属有机骨架材料的合成与结构[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
10 贲腾;裘式纶;;多孔有机骨架材料的碳化及其在环境、能源领域的应用研究[A];第十七届全国分子筛学术大会会议论文集[C];2013年
相关重要报纸文章 前10条
1 北京橡胶工业研究设计院 高称意;纤维骨架材料出路在哪里[N];中国纺织报;2005年
2 本报记者 孟晶;轮胎“强筋健骨”,,骨架材料须升级[N];中国化工报;2014年
3 中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会秘书长 陈振宝;骨架材料:结构调整仍需加速[N];中国化工报;2006年
4 梁金兰;轮胎管带骨架材料企业沟通供需[N];中国化工报;2003年
5 本报记者 孟晶;橡胶骨架材料行业深陷亏损泥潭[N];中国化工报;2013年
6 本报记者 孟晶;轮胎骨架材料市场出现“倒V”拐点[N];中国化工报;2010年
7 孟晶;专家建议采用新型骨架材料应对[N];中国化工报;2009年
8 朱芝培;汽车:塑料零部件知多少[N];中国化工报;2004年
9 王斐 焦昱;江苏太极一期项目投产[N];扬州日报;2011年
10 记者 翟敏;三力士拟定增募资4.1亿拓展产业链[N];上海证券报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 袁荣荣;新型多孔芳香骨架材料的合成及其功能化[D];吉林大学;2016年
2 王铭扬;柔性金属有机骨架材料对氯代气体吸附的性质研究[D];北京交通大学;2016年
3 常刚刚;金属—有机骨架材料在轻烃吸附分离与存储中的应用基础研究[D];浙江大学;2016年
4 赵旭东;金属—有机骨架材料对液相中离子的荧光识别和吸附的研究[D];北京化工大学;2016年
5 李正杰;金属—有机骨架材料气相分离性能的分子模拟研究[D];北京化工大学;2016年
6 肖远龙;金属—有机骨架材料的吸附与膜分离性能研究[D];北京化工大学;2015年
7 葛金龙;功能化金属有机骨架材料的快速制备及吸附性能研究[D];安徽大学;2016年
8 陈大树;蒽基金属有机骨架材料的合成、表征及性质研究[D];东北师范大学;2016年
9 汤甲;金属有机骨架材料的催化应用研究[D];北京科技大学;2017年
10 元野;定向设计与制备多孔芳香骨架材料及其功能化[D];吉林大学;2015年
相关硕士学位论文 前10条
1 肖亚娟;基于氮唑和二羧酸配体构筑的金属—有机骨架材料的合成、结构和性能研究[D];东北师范大学;2015年
2 王欢;功能化金属—有机骨架材料的制备及应用[D];陕西师范大学;2015年
3 王舒萌;金属—有机骨架材料的天然气脱硫性能及表面活性剂中油水分离机理的模拟研究[D];北京化工大学;2015年
4 涂斌斌;金属有机骨架材料内的空缺及其功能化研究[D];复旦大学;2014年
5 康小珍;Zn(Im)_2骨架材料的合成及相变研究[D];太原理工大学;2013年
6 赵冲冲;金属有机骨架材料及其衍生物的电化学储锂性能研究[D];湘潭大学;2015年
7 张士阳;刚性、三向配体构筑的金属有机骨架材料的合成、表征及性质研究[D];扬州大学;2015年
8 张建功;金属有机骨架材料的制备、表征及其催化性能研究[D];太原理工大学;2013年
9 赵方彪;磁性沸石和金属有机骨架材料的制备及其对金属离子的吸附研究[D];吉林大学;2016年
10 曹亚群;三维多孔杂金属有机骨架材料的合成及其性质的研究[D];吉林大学;2016年
本文编号:2049999
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2049999.html