基于二元芳香羧酸的稀土配位聚合物的构筑及性能研究

发布时间：2017-05-28 15:12

  本文关键词：基于二元芳香羧酸的稀土配位聚合物的构筑及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以芳香羧酸类配体和稀土离子构筑的配位聚合物以其新颖多变的结构及其在气体储存、催化、光电材料、生物成像、信息存储及传感器等领域的潜在应用价值而日趋成为当代化学的研究热点之一。本论文致力于获得具有新颖结构和独特性能的配位聚合物材料,主要利用两个二元芳香羧酸配体与稀土或过渡金属离子在溶剂热、水热及气相扩散等条件下获得了31个结构新颖、性能独特的配位聚合物,并且比较系统的研究了其光致发光、磁性、单晶转换、吸附和离子响应等性能,初步探索了其结构与性能之间的关系。本论文的主要内容包括以下六个部分:一、利用半柔性二元芳香羧酸配体帕莫酸与稀土离子进行自组装,探索了溶剂的极性、反应温度、p H值、物料比等因素对产物结构的影响。通过调节p H值,得到了两个系列共16个结构新颖的稀土有机配合物。它们分别以双核[Ln2(COO)6(H2O)4-x(DMF)x](x=2,Ln=Ce(1);x=1.5,Ln=Pr(2),Nd(3),Sm(4),Eu(5),Gd(6),Tb(7);x=1,Ln=Dy(8),Ho(9),Er(10),Yb(11))和[Ln2(COO)6(DMF)2(H2O)2](Ln=Tb(7a),Dy(8a),Ho(9a),Er(10a),Yb(11a))为次级结构单元,在不同配位模式配体的连接下,形成了有趣的多孔三维pcu拓扑结构。进一步结构分析表明,游离的溶剂分子填充在上述两个系列配合物沿着a轴和c轴方向的一维通道中。通过用Raymond模型对两个系列配合物中Ln-O键的拟合,发现镧系收缩是导致第二系列配合物中轻稀土离子无法得到完美晶体的主要原因。二、鉴于稀土离子优良的光学和磁学性能,对上述两个系列配合物进行了光学和磁学性质的研究。通过对配合物光致发光性能的测定,配体三线态能级的测定和发光机理的分析,发现配体帕莫酸可以有效敏化Nd(III),Eu(III)和Yb(III)离子发光。此外,对配合物6(Gd),7(Tb),8(Dy),8a(Dy)和9(Ho)的磁性进行了研究,发现高p H值下生成的8(Dy)表现出铁磁性相互作用和慢磁弛豫行为,而低p H值时生成的8a(Dy)则表现出反铁磁相互作用,且没有慢磁弛豫现象。通过分析发现导致他们不同磁性质的原因很有可能是其周围局部配位环境的差异,而不是其各向异性轴的走向。另一方面,虽然配合物7(Tb)和9(Ho)与配合物8(Dy)为异质同构体,但与8(Dy)不同的是,7(Tb)和9(Ho)交流磁化率的实部和虚部均未表现出频率依赖性,从而说明金属离子自身的特性对配合物的磁性质有重要的影响。三、鉴于第二系列配合物的多孔结构及其中游离的溶剂分子,成功实现了不同溶剂诱导的单晶到单晶的转换,实现了新晶体的可控制备和对该大孔结构动态行为的研究。以9a(Ho)和8a(Dy)为代表,对它们在不同溶剂中的交换行为进行了探讨,并得到了5个新的溶剂交换后的晶体。另外,用1H NMR对活化后的9a(Ho)吸附丙酮分子的吸附容量进行了测定,证实了以9a(Ho))为代表的第二系列稀土配合物可作为潜在的高效、可再生的丙酮分子吸附容器。此外,对溶剂分子交换前后配合物8a(Dy)的铁电性质和磁性质进行了表征,初步考察了客体分子对配合物性质的影响。四、以邻菲Up啉二元羧酸衍生物(H2PDA)为配体进行稀土铕配合物的构筑。利用该配合物中游离的双氮螯合配位点,探索了其对阳离子和阴离子的荧光识别响应行为。发现该Eu-MOF表现出对Cu2+离子的高选择性和高灵敏度的识别特性。此外,从可逆调控的角度出发,考察了S2-离子对响应Cu2+离子后的Eu-MOF(即Cu@Eu-MOF)的荧光调控行为。五、通过辅助配体的合理选择实现了对目标配合物结构及性质的调控。利用帕莫酸与二价过渡金属离子在不同链长度的氮杂环辅助配体4,4'-联吡啶和bpp(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)存在下进行自组装,合成了5个一维到三维结构新颖的配合物。对其中镉的配合物1,3和5进行了荧光性质的表征,结果显示配合物的荧光强度随着其结构从一维到二维到三维的变化而依次增强,说明结构的刚性增强有效拟制了振动引起的非辐射能量损失,因而产生了上述有趣的结果。六、合成了吡啶酰腙/肼类Schiff碱(类Salen)配体(香草醛-2,6-吡啶二甲酰腙和N,N′-二(2-吡啶羧酸甲酰基)-2,6-吡啶羧酸二酰肼),并利用气相扩散法获得了其与稀土离子Eu3+,Dy3+,Er3+和Yb3+自组装后的配合物晶体。对配合物合成条件的探索发现,阴离子的类型在配合物的自组装中起了重要的作用,只有当阴离子为Cl-1时才能得到配合物的晶体。对晶体结构的分析发现氢键在其结构形成中起了重要作用。
【关键词】：稀土配位聚合物 二元芳香羧酸 荧光 磁性 离子响应
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-43
• 1.1 配位化学及配位聚合物研究背景14-16
• 1.2 配位聚合物的构筑策略16-24
• 1.2.1 配体在MOFs构筑中的重要作用16-20
• 1.2.2 溶剂在MOFs构筑中的重要作用20-22
• 1.2.3 pH在MOFs构筑中的导向效应22-24
• 1.3 稀土配位聚合物的性质及应用研究24-33
• 1.3.1 稀土及其配位聚合物概述24-25
• 1.3.2 发光稀土配位聚合物的理论基础及应用研究25-28
• 1.3.3 磁性稀土配位聚合物的理论基础及研究概况28-31
• 1.3.4 多孔稀土配位聚合物的在气体存储中的应用31-33
• 1.4 本论文的选题意义和主要研究内容33-36
• 参考文献36-43
• 第二章 pH调控的系列稀土配合物的合成、结构及其光致发光、单分子磁体性能研究43-84
• 2.1 引言43-44
• 2.2 实验部分44-47
• 2.2.1 实验原料与测试手段44
• 2.2.2 配合物{[Ln_2(PA)_3(H_2O)_(4-x)(DMF)_x]·(DMF)_2·(H_2O)_y}_n (1-11)的合成44-46
• 2.2.3 配合物{[Ln_2(PA)_3(H_2O)_2(DMF)_2]·(DMF)_3·(H_2O)n(7a 11a)的合成46-47
• 2.3 结果与讨论47-67
• 2.3.1 配合物 1-11的晶体结构描述47-50
• 2.3.2 配合物 7a-11a的晶体结构描述50-52
• 2.3.3 pH值在配合物自组装过程中的结构导向作用52-54
• 2.3.4 镧系收缩效应对配合物生成和结构多样性的影响54-55
• 2.3.5 配合物的红外光谱，X-射线粉末衍射（PXRD）和热重分析测试55-58
• 2.3.6 配合物的光致发光性能研究58-60
• 2.3.7 配合物的磁性能研究60-67
• 2.4 本章小结67-81
• 参考文献81-84
• 第三章 溶剂诱导的单晶-单晶转换：分子容器以及客体分子对磁性和铁电性的调控84-108
• 3.1 引言84-85
• 3.2 实验部分85-86
• 3.2.1 实验原料及测试手段85
• 3.2.2 单晶到单晶的转换方法85-86
• 3.3 结果与讨论86-91
• 3.3.1 溶剂交换后晶体的结构描述及其动态行为86-89
• 3.3.2 配合物的热稳定性及XRPD图谱89-91
• 3.4 第二系列配合物在分子容器及可调控磁性和铁电中的应用初探91-98
• 3.4.1 在丙酮分子容器中的应用91-94
• 3.4.2 溶剂交换对稀土配合物铁电性质的调控94-96
• 3.4.3 溶剂交换对稀土配合物磁性的调控96-98
• 3.5 本章小结98-105
• 参考文献105-108
• 第四章 基于邻菲Up啉羧酸衍生物构筑的铕配位聚合物的荧光响应性质研究108-129
• 4.1 引言108-109
• 4.2 实验部分109-110
• 4.2.1 实验原料及测试手段109
• 4.2.2 配合物[Eu(HL)(L)(H_2O)_2]·2H_2O(1)的合成109-110
• 4.3 结果与讨论110-122
• 4.3.1 配合物[Eu(HL)(L)(H_2O)_2]·2H_2O(1)的晶体结构描述110-112
• 4.3.2 配合物1在水中的稳定性研究112
• 4.3.3 配合物1对金属离子和阴离子的荧光响应行为112-122
• 4.4 本章小结122-126
• 参考文献126-129
• 第五章 含氮辅助配体调控的一维到三维系列过渡金属配合物及荧光性质的研究129-150
• 5.1 引言129-130
• 5.2 实验部分130-132
• 5.2.1 实验原料和测试手段130
• 5.2.2 配合物 1-5 的合成130-132
• 5.3 结果与讨论132-145
• 5.3.1 配合物 1-5 的晶体结构描述132-140
• 5.3.2 不同长度的含氮辅助配体对配合物 1-5 结构的影响140-141
• 5.3.3 配合物 1-5 的热稳定性和粉末衍射（XRD）性质研究141-144
• 5.3.4 配合物 1-5 的固体荧光性能研究144-145
• 5.4 本章小结145-148
• 参考文献148-150
• 第六章 新型吡啶酰肼与酰腙类配体及其配合物的合成和结构表征150-171
• 6.1 引言150
• 6.2 实验部分150-154
• 6.2.1 实验原料及测试手段150-151
• 6.2.2 N,N′-二(2-吡啶羧酸甲酰基)-2,6-吡啶羧酸二酰肼(H4L1)的合成与表征151-152
• 6.2.3 香草醛-2，，6-吡啶二甲酰腙（AD）的合成152-153
• 6.2.4 基于配体AD的系列稀土配合物 1-4 的合成153-154
• 6.3 结果与讨论154-164
• 6.3.1 配体及配合物1-4 的晶体结构描述154-163
• 6.3.2 配合物1-4 中的镧系收缩效应163
• 6.3.3 氢键在配合物1-4 合成及结构中的作用163-164
• 6.4 本章小结164-170
• 参考文献170-171
• 总结论171-173
• 攻读博士期间取得的成果173-174
• 致谢174

【参考文献】

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1 邹晓艳;1,3-丙二胺类Salen稀土配合物的发光和分子磁性研究[D];黑龙江大学;2013年

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本文编号：402907