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发光稀土金属—有机骨架材料的设计合成及性能研究

作　者: 李洪辉
导　师: 刘淑娟
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学
关键词: 金属有机骨架材料溶剂热合成镧系金属离子对苯丙二烯酸 9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸晶体结构荧光传感
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在过去的二十多年里,金属-有机骨架(MOFs)材料作为一类新型的分子基多功能材料,由于其兼具有多孔性、比表面积大、可剪裁、可设计、易功能化等特点,在光、电、磁、气体存储和分离、催化剂、传感器以及手性拆分等诸多领域均表现出了巨大的应用前景,受到了学术界和和工业界越来越多的关注。羧酸类配体配位方式灵活多样且配位能力强,由它构筑的金属-有机骨架材料已经成为当前配位化学研究的热点。由于镧系元素的电子结构中都有一个没有完全充满的4f电子层,且各种镧系元素4f层电子数的不同,这组元素的每一个元素又都具有各自特别的性质,特别是光学和磁学性质。近十几年来,镧系元素被越来越多的化学工作者选作金属有机骨架材料的金属中心。本论文采用对苯丙二烯酸和9,9-二甲基芴-2.7-二羧酸两种二羧酸配体分别与多种镧系金属盐,通过分子水热及溶剂热方法合成得到了12种结构新颖且具有独特发光性能的配位化合物。通过X-射线单晶衍射、粉末X-射线衍射、元素分析、热重分析、荧光光谱和红外光谱等手段对晶体结构和光学性能进行了研究。具体成果概括为以下三点：1.以对苯丙二烯酸作为桥联配体,利用溶剂热法,与镧系金属离子进行配位自组装,设计合成得到了三种具有新颖结构的多孔配位聚合物,[Ln2(pda)2(HCOO)(OH)(H2O)]n(Ln=Dy,1;Tb,2;Ho,3;H2pda即为对苯丙二烯酸),X-射线单晶衍射和粉末衍射表明它们是同构的,稀土离子同羧酸氧原子形成一系列平行的Ln-O棒状二级结构单元,对苯丙二烯单元桥连这些二级结构单元形成pcu(α-Po)类型的棒状堆积三维骨架。我们在室温下研究了配合物1-3的发光性质,它们在固态下都表现出强的蓝光发射。由于配合物中络合作用的存在,与配体H2pda发光相比,配合物表现出了强的荧光增强现象,特别是配合物1的荧光发射。2.以9，9-二甲基芴-2.7-二羧酸作为桥联配体,利用溶剂热法,与镧系金属离子进行配位自组装,设计合成得到了五个具有新颖结构的多孔配位聚合物,[Ln3(MFDA)4(NO3)(DMF)3]n(Ln=Eu,4;Sm,5;Dy,6;Tb,7;Ho,8; H2MFDA为9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸),结构表征发现它们是同构体,具有pcu类型的棒状堆积三维结构,尺寸大约为9.0×5.0A2的一维菱形孔道贯穿其中。孔道被配位的DMF分子占据,这些DMF可以通过加热去除。荧光光谱显示配合物5-8具有蓝光发射,而配合物4具有很强的三价铕离子特征的红光发射。荧光猝灭实验表明配合物4对硝基爆炸物和铁(Ⅲ)离子具有荧光猝灭传感作用。3.利用9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸配体和镧系金属离子,在不同的溶剂热条件下,设计合成得到了四个具有柔性特征的多孔配位聚合物,{[Ln2(MFDA)2(HCOO)2(H2O)6]·H2O}n(Ln=Eu,9; Dy,10;Tb,11;HO,12;H2MFDA为9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸),结构表征发现它们是同构体,具有pcu类型的棒状堆积三维结构,一维菱形孔道贯穿其中,孔道被游离和配位水分子占据。三维骨架在部分或完全失水过程中会沿着c轴可逆收缩和膨胀,与此同时一维菱形孔道也相应的变窄或变大。荧光光谱显示配合物10-12具有蓝光发射,而配合物9具有很强的三价铕离子特征的红光发射。荧光猝灭实验表明配合物9对苦味酸和铁(Ⅲ)离子具有荧光猝灭传感作用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-36
  1.1 引言  10-11
  1.2 金属有机骨架材料的发展及研究现状  11-20
    1.2.1 金属有机骨架材料的发展  11-19
    1.2.2 金属有机骨架材料的研究现状  19-20
  1.3 金属有机骨架材料的合成方法及影响因素  20-24
    1.3.1 金属有机骨架材料的合成方法  20-22
    1.3.2 金属有机骨架材料的影响因素  22-24
  1.4 镧系元素构筑的金属有机骨架材料  24-35
    1.4.1 多孔镧系金属有机骨架材料在传感方面的应用  24-29
    1.4.2 镧系金属有机骨架材料在吸附和催化方面的应用  29-31
    1.4.3 发光镧系金属有机骨架材料在分子磁体方面的应用  31-32
    1.4.4 镧系金属有机骨架材料的近红外(NIR)发光和上转换过程  32-35
  1.5 本论文的研究思路  35-36
第二章基于对苯丙烯酸和镧系离子的多孔配位聚合物的合成、结构和性质研究  36-46
  2.1 引言  36-37
  2.2 实验部分  37-38
    2.2.1 实验试剂和药品  37
    2.2.2 实验仪器和方法  37
    2.2.3 稀土硝酸盐的制备  37
    2.2.4 配合物1-3的合成  37-38
  2.3 结果与讨论  38-44
    2.3.1 配合物的X-射线晶体结构分析  38-42
    2.3.2 性质研究  42-44
  2.4 本章总结  44-46
第三章基于芴基二羧酸和镧系离子的多孔配位聚合物的合成、结构和性质研究  46-64
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-50
    3.2.1 实验试剂和药品  47
    3.2.2 实验仪器和方法  47-48
    3.2.3 配体的合成与表征  48
    3.2.4 稀土硝酸盐的制备  48-49
    3.2.5 配合物4-8的制备  49-50
  3.3 结果与讨论  50-63
    3.3.1 配合物的X-射线晶体结构分析  50-54
    3.3.2 性质研究  54-63
  3.4 本章小结  63-64
第四章基于芴基二羧酸和镧系离子的柔性多孔配位聚合物的合成、结构和性质研究  64-80
  4.1 引言  64-65
  4.2 实验部分  65-67
    4.2.1 实验试剂和药品  65
    4.2.2 实验仪器和方法  65
    4.2.3 配体的合成与表征  65-66
    4.2.4 稀土硝酸盐的制备  66
    4.2.5 配合物9-12的制备  66-67
  4.3 结果与讨论  67-79
    4.3.1 配合物的X-射线晶体结构分析  67-71
    4.3.2 性质研究  71-79
  4.4 本章总结  79-80
第五章论文主要结论  80-82
参考文献  82-93
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文  93-94
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目  94-95
致谢  95

发光稀土金属—有机骨架材料的设计合成及性能研究

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