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具有光、磁和铁电性质的手性分子基稀土功能材料的构筑与研究

作　者: 和来福
导　师: 方少明；李郤里
学　校: 郑州轻工业学院
专　业: 材料学
关键词: 手性 对映体 荧光 磁性 铁电 功能材料
分类号: O641.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


分子基多功能材料是当前分子材料领域新兴的热门研究课题。多功能材料是指材料具有两种或两种以上的物理性质,例如:光学活性、铁电性、磁性、发光等性质。本论文利用稀土离子具有发光效率高,光色纯度高等优点,通过在发光的稀土β-二酮配合物中引入手性配体,设计和合成了一系列具有发光,铁电等性能的分子基稀土多功能材料。本论文的研究工作包括以下几个方面:I.合成了作为配体的两对有机化合物对映体L2NR:（-）-4,5-pinene bipyridine（1） , L2NS:（+）-4,5-pinene bipyridine （2）和L4NR:（-）-pinene pyrazine derivative （3）, L4NS: （+）-pinene pyrazine derivative （4）,并且通过红外光谱、质谱、核磁共振、CD谱、X-ray单晶衍射仪对其结构进行了表征。晶体结构解析得到了两对对映体的分子结构;CD谱测试结果表明两对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性。II.以β-二酮有机化合物4,4,4-Trifluoro-1-（2-thienyl）-1,3-butanedione（Htta）为第一配体,以手性对映体L2NR:（-）-4,5-pinene bipyridine （1）和L2NS:（+）-4,5-pinene bipyridine （2）为第二配体与稀土离子反应,分别合成了新颖的三对单核的手性分子基稀土配合物对映体: Nd（tta）3·L2NR （5）和Nd（tta）3·L2NS （6）, Yb（tta）3·L2NR （7）和Yb（tta）3·L2NS （8）, Er（tta）3·L2NR （9）和Er（tta）3·L2NS （10）。晶体结构测试表明此系列配合物结晶于极性P21空间群,结构解析可以明显看出三对配合物的分子结构分别呈镜像对称关系;CD谱测试结果表明三对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性;光致发光性质测试表明他们在近红外光区有良好的其特定稀土离子的特征荧光;铁电测试的结果表明他们都显示在室温下的铁电体性质。III.以β-二酮有机化合物dibenzoylmethane（Hdbm）为第一配体,以手性对映体L4NR: （-）-pinene pyrazine derivative （3）和L4NS: （+）-pinene pyrazine derivative （4）为第二配体与稀土离子反应,合成了两对双核的手性分子基稀土配合物对映体: Sm2（dbm）6·L4NR （11）, Sm2（dbm）6·L4NS （12）和Eu2（dbm）6·L4NR （13）, Eu2（dbm）6·L4NS （14）。晶体结构测试表明此系列配合物结晶于手性极性P21空间群,结构解析可以明显看出两对配合物的分子结构分别呈镜像对称关系;CD谱测试结果表明两对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性;光致发光性质测试表明他们在可见光区有良好的特定稀土离子的特征荧光,铁电测试的结果表明他们都显示在室温下铁电体性质。IV.以非手性的β-二酮有机化合物acetylacetone （acac）与稀土离子反应,通过适当的合成方法和分子内的自组装,制得了两个手性的十四核簇合物Ln14（μ4-OH）2（μ3-OH）16（μ-η2-acac）8（η2-acac）16·6H2O [ Ln = Tb （15）, Dy （16） ]。X-ray单晶衍射仪测试表明两种配合物结晶于极性C2空间群;光致发光性质测试表明他们在可见光区有良好的特定稀土离子的特征荧光;磁性测试表明其分子内存在稀土离子间的反铁磁耦合作用。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 引言  12
  1.2 稀土发光材料研究进展  12-16
    1.2.1 发光材料简介  12-13
    1.2.2 稀土配合物光致发光原理  13-16
  1.3 铁电材料及其研究进展  16-19
    1.3.1 铁电材料特性  16-18
    1.3.2 铁电材料的研究进展  18-19
  1.4 手性金属配合物及其研究进展  19-21
    1.4.1 手性的基本概念  19-20
    1.4.2 手性金属配合物的选择性合成  20-21
  1.5 本论文研究的意义和目的  21-23
第二章 手性有机配体对映体的合成与表征  23-40
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验试剂及主要仪器  24-25
  2.3 双齿吡啶衍生物手性有机配体的合成与表征  25-31
    2.3.1 手性配体对映体的合成路线  25-26
    2.3.2 中间原料2-Acetylpyridinepyridium iodide的合成  26
    2.3.3 手性有机配体L_(2NR):(–)-4,5-pinene bipyridine (1) 的合成  26
    2.3.4 中间原料15-(+)-Myrtenal 的合成  26-27
    2.3.5 手性有机配体L2NS:(+)-4,5-pinene bipyridine (2) 的合成  27
    2.3.6 手性配体对映体1 和2 的晶体结构描述  27-31
    2.3.7 手性配体对映体1 和2 的圆二色(CD) 光谱性质  31
  2.4 四齿吡嗪衍生物手性配体对映体的合成与表征  31-39
    2.4.1 手性配体对映体的合成路线  31-33
    2.4.2 中间原料2,5- Diacetylpyrazine 的合成  33
    2.4.3 中间原料2,6-Bis(pyridinioacetyl)pyridine diiodide 的合成  33
    2.4.4 手性配体L_(4NR): (-)-pinene pyrazine derivative (3) 的合成  33-34
    2.4.5 手性配体L_(4NS）: (+)-pinene pyrazine derivative (4) 的合成  34
    2.4.6 手性配体对映体3 和4 的晶体结构描述  34-39
    2.4.7 手性配体对映体3 和4 的圆二色(CD) 光谱性质  39
  2.5 本章小结  39-40
第三章 单核稀土功能材料的合成，结构和性能测试  40-59
  3.1 引言  40-41
  3.2 实验试剂及主要仪器  41
  3.3 单核手性分子基稀土功能材料的合成  41-44
    3.3.1 原料Nd(tta)_3·2H_2O 的合成  41
    3.3.2 原料Yb(tta)_3·2H_2O 的合成  41-42
    3.3.3 原料Er(tta)_3·2H_2O 的合成  42
    3.3.4 异构体Nd(tta)_3·L2NR (5) 的合成  42
    3.3.5 异构体Nd(tta)_3·L2NS (6) 的合成  42-43
    3.3.6 异构体Yb(tta)_3·L2NR (7) 的合成  43
    3.3.7 异构体Yb(tta)_3·L2NS (8) 的合成  43
    3.3.8 异构体Er(tta)_3·L2NR (9) 的合成  43
    3.3.9 异构体Er(tta)_3·L2NS (10) 的合成  43-44
  3.4 结果与讨论  44-57
    3.4.1 晶体结构描述  44-53
    3.4.2 圆二色光谱(CD谱) 性质测试  53
    3.4.3 对映体Nd(tta)_3·L2NR (5) 和Nd(tta)_3·L2NS (6) 的光致发光性质  53-54
    3.4.4 对映体Yb(tta)_3·L2NR (7) 和Yb(tta)_3·L2NS (8) 的光致发光性质  54-55
    3.4.5 对映体Er(tta)_3·L2NR (9) 和Er(tta)_3·L2NS (10) 的光致发光性质  55
    3.4.6 对映体Nd(tta)_3·L2NR (5) 和Nd(tta)_3·L2NS (6) 的铁电性质  55-56
    3.4.7 对映体Yb(tta)_3·L2NR (7) 和 Yb(tta)_3·L2NS (8) 的铁电性质  56-57
    3.4.8 对映体Er(tta)_3·L2NR (9) 和Er(tta)_3·L2NS (10) 的铁电性质  57
  3.5 本章小结  57-59
第四章 双核稀土功能材料的合成，结构和性能测试  59-76
  4.1 引言  59-60
  4.2 实验试剂及主要仪器  60
  4.3 双核手性分子基稀土功能材料的合成  60-62
    4.3.1 原料Sm(dbm)_3·2H_2O 的合成  60
    4.3.2 原料Eu(dbm)_3·2H_2O 的合成  60-61
    4.3.3 异构体Sm_2(dbm)_6·L4NR (11) 的合成  61
    4.3.4 异构体Sm_2(dbm)_6·L4NS (12) 的合成  61
    4.3.5 异构体Eu_2(dbm)_6·L4NR (13) 的合成  61
    4.3.6 异构体Eu_2(dbm)_6·L4NS (14) 的合成  61-62
  4.4 结果与讨论  62-74
    4.4.1 晶体结构描述  62-71
    4.4.2 圆二色光谱(CD谱) 性质测试  71
    4.4.3 对映体Sm_2(dbm)_6L4NR (11) 和Sm_2(dbm)_6L4NS (12) 的光致发光性质  71-72
    4.4.4 对映体Eu_2(dbm)_6L4NR (13) 和Eu_2(dbm)_6L4NS (14) 的光致发光性质  72-73
    4.4.5 对映体Sm_2(dbm)_6L4NR (11) 和Sm_2(dbm)_6L4NS (12) 的铁电性质  73-74
    4.4.6 对映体Eu_2(dbm)_6L4NR (13) 和Eu_2(dbm)_6L4NS (14) 的铁电性质  74
  4.5 本章小结  74-76
第五章 十四核稀土功能材料的合成，结构和性能测试  76-87
  5.1 引言  76-77
  5.2 实验试剂及主要仪器  77
  5.3 十四核分子基稀土功能材料的合成  77-78
    5.3.1 异构体Tb_(14)(μ_4-OH)_2(μ_3-OH)_(16)(μ-η~2-acac)_8(η~2-acac)_(16)·6H_2O (15) 的合成  77
    5.3.2 异构体Dy_(14)(μ_4-OH)_2(μ_3-OH)_(16)(μ-η~2-acac)_8(η~2-acac)_(16)·6H_2O (16) 的合成  77-78
  5.4 结果与讨论  78-86
    5.4.1 晶体结构描述  78-84
    5.4.2 异构体Tb_(14)(μ_4-OH)_2(μ_3-OH)_(16)(μ-η2-acac)_8(η~2-acac)_(16)·6H_2O (15)的光致发光性能  84
    5.4.3 异构体Dy_(14)(μ4-OH)_2(μ_3-OH)_(16)(μ-η~2-acac)_8(η~2-acac)_(16)·6H_2O (16)的光致发光性能  84-85
    5.4.4 磁性测试  85-86
  5.5 本章小结  86-87
结论与展望  87-89
  结论  87-88
  展望  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-98
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录  98-99
附录2 测试的仪器和方法  99

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 结构化学 > 络合物化学（配位化学）
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