吡啶羧酸微孔配位聚合物的合成、结构与性质研究

发布时间：2017-12-03 00:26

  本文关键词：吡啶羧酸微孔配位聚合物的合成、结构与性质研究

  更多相关文章： 多孔配位聚合物 金属有机骨架 吡啶羧酸 气体吸附 选择性分离

【摘要】：多孔配位聚合物是通过金属离子或簇与桥连有机配体自组装而成具有周期性网络结构和多孔性能的晶态化合物。由于其结构多样且可调控修饰和广泛的应用,使其迅速发展为一类新型的多孔材料。多孔配位聚合物的发展经历了从早期的偶然发现,到对它们的合成化学与构筑规律不断深入探讨和总结提炼,再到目前正在努力的合理设计与定向构筑。而结合结构-性能关系建立与结构和功能基元的确立,以功能为导向的多孔配位聚合物设计合成更将是未来的一大挑战。本文主要针对低对称的联苯吡啶羧酸多孔配位聚合物的构筑,探讨毗啶基团在这类材料中所起到的作用及对性质的影响,探究适合的合成策略,协调其中吡啶基团和羧基在结构中的作用,发挥两者的优点于一个结构中,制备出性能优于单羧酸或吡啶配体所合成的多孔材料,探究如何利用低对称性有机配体构筑高对称性骨架。基于以上想法,合成和表征了系列由吡啶羧酸配体或氮唑羧酸混合配体构筑的多孔配位聚合物。全文共分五章：第一章从多孔配位聚合物的概念、发展历程、合成策略及性能应用进行了简单概述；并引入吡啶羧酸配体配合物的构筑,介绍了本文的研究思路和进展。第二章介绍了基于氮唑羧酸混合配体构筑策略合成的四例具有氨基官能团修饰的微孔配位聚合物。其中两例为同构化合物且表现了6-连接自穿插拓扑,同时具有很好的水稳定性和高的C02选择性吸附性能。另外,利用位置异构的联苯二羧酸配体合成了另两例同分异构的灵活微孔化合物,展示了配体中取代基的位置对最终结构特点和性能的影响,为研究同分异构体化合物之间性能的差异提供了很好的例子。第三章介绍了利用低对称吡啶二羧酸,在桥连吡啶配体的辅助下合成了四例微孔配位聚合物。通过调节桥连吡啶配体的相对长度,其中两例化合物表现出孔尺寸、孔洞率和孔体积的可控调节,再保持拓扑类型不变的情况下,对气体的吸附量大大的增加。另外,通过改变反应溶剂,得到两例同分异构化合物,更为特殊的是两个结构中所有有机配体和金属离子的配位模式几乎一样,空间的不同生长导致其分别为二重和四重穿插。对这两例化合物性能探究发现,其一具有很高的热稳定性,而另一个结构稳定性较差,其吸附性能差别也很大,展示了同分异构体之间结构与性能的依赖关系。对该章中化合物系统吸附测试发现,该系列小孔化合物均表现出优良的C02吸附能力,且具有很高的C02/N2选择性分离比。第四章介绍了两例新颖的三维微孔配合物,对N2,H2和CO2具有较高的气体吸附能力。特别是,骨架表现出不寻常的多步吸附及脱附滞后现象,展示了有趣的动态行为和呼吸效应。而且,常温下具有出色的CO2吸附选择性和低的吸附焓。另一方面,得到了非常少见的同构结构中轮桨Zn2单元热稳定性高于Cu2单元的例子。第五章介绍了四例不寻常的镧系金属有机骨架,结构中包含有新颖的纳米笼。其中Eu-化合物显示了对Cu2+离子的高选择性荧光传感性基于配体上吡啶N原子与Cu2+离子的弱连接作用,同时展示了高的C02选择性吸附。最后对本论文的工作进行了简要的总结。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4

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本文编号：1246832