基于唑类配体和羧酸配体的锌金属-有机骨架的合成、结构及性能

发布时间：2017-10-04 02:29

  本文关键词：基于唑类配体和羧酸配体的锌金属-有机骨架的合成、结构及性能

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【摘要】：金属-有机骨架化合物(Metal-Organic Frameworks,缩写为MOFs)是一种有着高度规整的无限网络结构的配位聚合物(Coordination Polymers,缩写为CPs)。唑类配体具有配位氮原子,而羧酸配体则含有羧酸氧配位原子,因此这两种不同配位能力的混合配体构筑的金属-有机骨架化合物往往具有优越的气体吸附性质、光化学性质、非线性光学性质和铁电性质等,是极具发展潜力和应用前景的功能材料。在本论文中,我们以5-氨基-1H-四氮唑或1,2,4-三氮唑或3-氨基-1,2,4-三氮唑和多元芳香羧酸为混合配体协同与Zn(II)离子配位,以溶剂热为合成方法,合成了7个金属-有机骨架化合物,其分子式如下:{(H3O)0.5[Zn(1,2,4,5-BTBC)0.25(ATZ)1.5]·x(solvent)}n(1){[Zn2(1,2,4-BTC)(ATZ)(H2O)]·DMF }n(2){[Zn5(μ3-OH)2(1,3,5-BTC)2(trz)2(DMF)2]·x(solvent)}n(3){[Zn7(5-SIP)2(trz)8(H2O)4]·(H2O)4}n(4){[Zn3(1,2,4-BTC)(3-NH2-trz)3]·x(solvent)}n(5){[Zn2(5-CH3-1,3-BDC)(3-NH2-trz)2]·x(solvent)]}n(6){[Zn2(5-OH-1,3-BDC)(3-NH2-trz)2]·x(solvent)}n(7)(1,2,4,5-H4BTBC:1,2,4,5-苯四甲酸;ATZ:5-氨基-1H-四氮唑;1,2,4-H3BTC:1,2,4-苯三甲酸;3-NH2-trz:3-氨基-1,2,4-三氮唑;5-CH3-1,3-BDC:5-甲基1,3-间苯二甲酸;5-OH-1,3-BDC:5-羟-1,3-间苯二甲酸;1,3,5-H3BTC:1,3,5-苯三甲酸;trz:1,2,4-三氮唑;5-H3SIP:5-磺酸基间苯二甲酸)。所有化合物的结构都采用X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射(PXRD)、热重、红外光谱等进行了表征。通过结构解析,我们发现化合物1 7都是具有一维孔道的三维网络结构,其中溶剂分子(N,N-二甲基甲酰胺和/或水分子)填充在骨架的一维孔道中。为了更好、更彻底的驱除溶剂分子,我们利用低沸点的溶剂将化合物中的这些高沸点溶剂交换出来。通过交换实验表明,除了化合物4和7,其它化合物的溶剂分子均被低沸点的溶剂交换出来了。因此,我们对1、2、3、5及6这五个活化后的金属-有机骨架化合物进行了N2、CO2以及烃类气体(CH4、C2H6、C3H8、C2H4和C2H2)的吸附性能测试。测试结果表明:除了化合物2,其它4个金属-有机骨架化合物对N2、CO2以及部分烃类气体具有一定的吸附能力。特别是对CO2和C2H2表现出了较好的吸附量,其原因是在这些化合物的孔道内含有的π芳香体系和/或氨基极性基团等能与气体分发生弱的作用。另外,在本论文中,我们还探究了反应时间、反应温度、反应溶剂、溶剂配比、原料配比等因素对金属-有机骨架化合物形成的影响。本论文分为以下三个部分:第一章为前言部分,这一章主要是对金属-有机骨架化合物做了简单的介绍,概述了金属-有机骨架化合物的合成方法以及影响因素,简述了基于氮唑和羧酸配体构筑的金属-有机骨架化合物的研究进展情况,并提出了该论文的选题意义。第二章对本论文中合成的7个金属-有机骨架的合成及结构进行了描述,并对化合物1、2、3、5及6进行了对N2、CO2以及部分烃类气体的吸附性能测试,发现除了化合物2,其它4个金属-有机骨架化合物对这几种气体具有一定的吸附能力。第三章对本论文的工作进行了总结与展望。
【关键词】：锌金属-有机骨架化合物 多元羧酸 氮唑配体 晶体结构 吸附性能
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-21
• 1.1 金属-有机骨架化合物9-11
• 1.1.1 金属-有机骨架化合物合成方法10
• 1.1.2 影响金属-有机骨架化合物合成和结构的因素10-11
• 1.2 唑类和羧酸配体构筑的金属-有机骨架化合物的研究进展11-19
• 1.3 本课题的选题依据和研究工作19-21
• 第二章 金属-有机骨架化合物的合成、结构及其性能研究21-66
• 2.1 实验药品与测试仪器21-22
• 2.2 金属-有机骨架化合物的合成22-25
• 2.2.1 金属 - 有机骨架化合物{(H_3O)_(0.5)[Zn(1,2,4,5-BTBC)_(0.25)(ATZ)_(1.5)]·x(solvent)}_n(1)的合成23
• 2.2.2 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(1,2,4-BTC)(ATZ)(H_2O)]·DMF}_n(2)的合成23
• 2.2.3 金属 - 有机骨架化合物 {[Zn_5(μ_3-OH)_2(1,3,5-BTC)_2(trz)_2(DMF)_2]·x(solvent)}_n(3)的合成23-24
• 2.2.4 金属-有机骨架化合物{[Zn_7(5-SIP)_2(trz)_8(H_2O)_4]·(H_2O)_4}_n(4)的合成24
• 2.2.5 金属-有机骨架化合物{[Zn_3(1,2,4-BTC)(3-NH_2-trz)_3]·x(solvent)}_n(5)的合成24-25
• 2.2.6 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(5-CH_3-1,3-BDC)(3-NH2-trz)_2]·x(solvent)]}_n(6)的合成25
• 2.2.7 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(5-OH-1,3-BDC)(3-NH_2-trz)_2]·x(solvent)]}_n(7)的合成25
• 2.3 金属-有机骨架化合物的晶体结构数据25-28
• 2.4 金属-有机骨架化合物的晶体结构、热稳定性、粉末衍射以及气体吸附性能研究28-64
• 2.4.1 金属-有机骨架化合物{(H_3O)_(0.5)[Zn(BTBC)_(0.25)(ATZ)_(1.5)]·x(solvent)}_n(1)的晶体结构、热稳定性、粉末衍射以及气体吸附性能研究28-34
• 2.4.2 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(1,2,4-BTC)(ATZ)(H_2O)]·DMF}_n(2)的晶体结构、热稳定性和粉末衍射以及气体吸附性能研究34-39
• 2.4.3 金属 - 有机骨架化合物{[Zn_5(μ_3-OH)_2(1,3,5-BTC)_2(trz)_2(DMF)_2]·x(solvent)}_n(3)的晶体结构、热稳定性、粉末衍射以及吸附性能研究39-46
• 2.4.4 金属-有机骨架化合物{[Zn_7(5-SIP)_2(trz)_8(H_2O)_4]·(H_2O)_4}_n(4)的晶体结构、热稳定性以及粉末衍射研究46-50
• 2.4.5 金属-有机骨架化合物{[Zn_3(1,2,4-BTC)(3-NH_2-trz)_3]·x(solvent)}_n(5)的晶体结构、热稳定性、粉末衍射以及气体吸附性能研究50-56
• 2.4.6 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(5-CH_3-1,3-BDC)(3-NH_2-trz)_2]·x(solvent)]}_n(6)的晶体结构、热稳定性、粉末衍射以及气体吸附性能研究56-61
• 2.4.7 金属-有机骨架化合物{[Zn_2(5-OH-1,3-BDC)(3-NH_2-trz)_2]·x(solvent)]}_n(7)的晶体结构、热稳定性以及粉末衍射研究61-64
• 2.5 小结64-66
• 第三章 总结66-68
• 参考文献68-77
• 致谢77-78
• 在读研期间公开发表论文（著）及科研情况78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙锦玉,周亚明,陈珍霞,屠波,翁林红,赵东元;开放式有机-无机杂化骨架配位聚合物[Sn(SO_4)(BDC)(H_2O)]的合成和晶体结构[J];高等学校化学学报;2003年09期

2 王瑞虎 ,洪茂椿 ,翁家宝 ,曹荣 ,罗军华;Synthesis and Crystal Structure of a Novel Hydrogen-Bonded Three-Dimensional Polymer [Zn(1,4-benzenedicarboxylate)-(pyridine)·H_2O]_n[J];Chinese Journal of Chemistry;2002年10期

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本文编号：968147