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功能铀酰—有机配位聚合物的合成、结构与性能研究

作　者: 夏寅
导　师: 陈接胜
学　校: 上海交通大学
专　业: 化学
关键词: 铀酰配位聚合物晶体结构荧光光催化性能
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

配位聚合物是晶体工程学领域的一个重要研究内容,对配位聚合物的研究不但可以丰富晶体学的理论与实践,而且许多合成产物展现了新颖的结构特点和丰富的物理化学性质,在气体吸附与储存、催化、手性拆分、光学、磁学以及电化学等领域均有广阔的应用前景。按照晶体工程学的原理,通过选择合适的中心金属离子和具有特定几何构型的有机配体可以在一定程度上实现配位聚合物的定向设计与合成。因此,以功能为导向,定向选择具有功能性的中心金属离子和具有特殊官能团的有机配体,可以制备出具有特殊功能的配位聚合物。自Yaghi成功合成MOF-5开始,人们对配位聚合物进行了深入的研究,而这些研究主要集中在d区过渡金属元素和镧系稀土元素的配位聚合物,对于锕系元素配位聚合物的合成、结构与性能方面的研究还比较少。铀作为锕系金属的典型代表,具有十分独特的铀酰离子结构。铀酰配位聚合物的研究不但可以揭示其结构上多样性,丰富配位聚合物的结构化学,而且可以探索其特有的性质功能。同时,铀酰配位聚合物的研究对于提高核废料后处理技术也有着重要的参考价值,因此对铀酰配位聚合物的研究具有十分重要的理论与实践意义。本文选用了铀酰离子为中心金属离子,利用挥发法和水热（溶剂热）合成法制备了四个铀酰-有机配位聚合物,并研究了它们的结构特点、荧光以及光催化性质。全文共分为四章:在第一章绪论中,简单介绍了配位聚合物的基本概念和发展,其中对铀酰配位聚合物的研究进展进行了综述,包括铀酰离子的配位特点、成簇形态以及铀酰化合物表现出的发光、光催化和光电转化性质。指明了本课题的选题意义,概括了本研究工作所取得的主要成果。在第二章中,介绍了使用1,4-萘二羧酸（H₂NDC）为主要有机配体合成的4个具有新颖结构的铀酰配位聚合物:UO₂（NDC）[（CH₃）₂SO]₂ （1）,[UO₂（NDC）（CH₂OH）₂] （2）, UO₂（NDC）₂Ni（4,4-bipydine）（H₂O）₃ （3）和UO₂（NDC）₂Co（4,4-bipydine）（H₂O）₃ （4）。其中,化合物1和2为一维配合物:1是由孤立的七配位铀酰中心与有机组分桥连成链,同时溶剂二甲亚砜分子也参与配位,并形成具有“千足蜈蚣”状的一维无限直链。2的结构中,铀酰离子以八配位的六角双锥结构存在,通过萘二酸配体与相邻铀酰中心桥连,溶剂乙二醇分子以顺势结构参与配位,形成一维“之”字型的链结构,链之间通过氢键进一步相互作用,最终使结构扩展为二维层状。化合物3和4是含有杂原子的混合金属配位聚合物,两者具有相似的结构。两个铀酰离子以五角双锥的形式连接六个萘二酸配体,形成具有“双核”的铀酰配位基团,该基团连接过渡金属与4,4-联吡啶形成的直链,形成铁轨状的二维结构,通过二维层的堆积形成了孔道。化合物1和2均表现出特殊的荧光性质。在第三章中,主要介绍了所合成铀酰配合物光催化降解有机染料罗丹明B的性质。铀酰配合物1和2在紫外光和可见光照射下表现出明显的光催化降解罗丹明B的活性,而含杂原子的铀酰配合物3和4则没有明显的光催化活性,说明第二金属的加入对光催化产生了一定的影响。进行光催化后的铀酰配合物仍具有催化活性,可重复使用。第四章,对整个论文工作进行了总结和展望。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-35
  1.1 晶体工程学  11-12
  1.2 配位聚合物  12-20
    1.2.1 引言  12-13
    1.2.2 配位聚合物的主要合成方法  13
    1.2.3 配位聚合物的研究进展  13-20
  1.3 铀酰-有机配位聚合物的研究进展  20-33
    1.3.1 含铀酰簇的配位聚合物  21-24
    1.3.2 多维铀酰-有机配位聚合物  24-29
    1.3.3 大环铀酰-有机配位聚合物  29-31
    1.3.4 铀酰-有机配位聚合物性质的研究进展  31-33
  1.4 本课题选题目的、意义和主要结果  33-35
    1.4.1 本课题的选题的目的和意义  33
    1.4.2 本课题的主要研究结果  33-35
第二章铀酰配位聚合物的合成与结构表征  35-55
  2.1 引言  35-36
  2.2 合成  36-37
    2.2.1 合成原料  36
    2.2.2 合成方法  36-37
  2.3 基本表征  37-53
    2.3.1 粉末X-射线衍射分析  37-39
    2.3.2 红外光谱  39-41
    2.3.3 热重分析  41-43
    2.3.4 单晶结构解析  43-51
    2.3.5 光致发光性质  51-53
  2.4 本章小结  53-55
第三章铀酰-有机配位聚合物的光催化性能研究  55-62
  3.1 引言  55
  3.2 光催化性能研究  55-61
  3.3 本章小结  61-62
第四章结论  62-63
参考文献  63-71
附录一：相关化合物的X-射线单晶分析数据和键长键角数据  71-74
附录二：攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文  74-75
致谢  75

功能铀酰—有机配位聚合物的合成、结构与性能研究

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