含氮杂环、羧酸V型配体MOFs的合成及结构表征

来源 :中国石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanxi581018
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金属有机框架材料(MOFs)是一类由中心金属原子和有机配体构成的一类新型功能材料,通过有机配体的设计,金属离子的选择可以构筑出具有不同拓扑结构、不同性能的配位聚合物,从而使这一类化合物在生物活性、医药、光学材料、催化、吸附、气体存储等多方面有潜在的应用研究价值。本文为了得到大孔洞材料为目的设计合成了8种具有V型框架结构的配体:(1)9,9’-二(4-羧酸苯基)芴(L1);(2)1,1’-二(4-羧酸苯基)环己烷(L1’);(3)9,9’-二(4-(1H-四氮唑-5-)苯基)芴(L2);(4)9,9’-二(4-磷酸苯基)芴(L3);(5)1,1’-二(4-磷酸苯基)环己烷(L3-);(6)9,9’-二(4-(1-咪唑基)苯基)芴(L4);(7)9,9’-二(4-(1-1,2,3三氮唑基)苯基)芴(L5);(8)9,9’-二(4-(1-1,2,4三氮唑基)苯基)芴(L6)。对每一种配体都用NMR技术进行了表征。本文通过溶剂热的方法,利用配体L1和配体L1′同Zn(NO32·6H2O、Cu(NO32·3H2O、Co(NO32·6H2O三种金属盐合成了5种配位聚合物: (1)[Cu(L1)(DMF)]n ;(2)[Zn(L1)(H2O)]n;(3)[Co(L1)(DMF)]n;(4)[Cu(L1′)(DEF)]n;(5)[Zn(L1′)(DMF)]n,其中配合物(1)-(3)是配体L1的配合物,配合物(4)5是配体L1-的配合物。在对反应条件进行系统考察之后,得到了最优合成路线:配合物(1)最优合成路线:nL1:nCu(NO3)2-3H2O=1:1,溶剂选用DMF和甲醇,其体积比:VDMF:VCH3OH=1:1,反应温度115℃,反应时间4天,蓝色块状晶体,产率41.1%;配合物(2)、(3)的最优合成路线:nL1:nZn(NO3)2-6H2O(nL1:nCo(NO3)2-6H2O)=3:1,溶剂选用DMF,反应温度90℃,反应时间3天,分别获得无色透明块状晶体和深绿色块状透明晶体,产率:51.3%和约100%。配合物(4)的最优合成路线:nL1-:nCu(NO3)2-3H2O=3:1,溶剂选用DEF和H2O,其体积比:VDEF:VH2O=3:1,反应温度90℃,反应时间3天,得到蓝色透明锥状晶体,产率45%。配合物(5)的最优合成路线:nL1-:nZn(NO3)2-6H2O=3:1,溶剂DMF,反应温度90℃,反应时间3天,得无色透明块状晶体,产率69%。对每一种配位聚合物都用X-射线单晶衍射和热重分析(TGA)技术进行了表征。通过对这5种配合物的配位环境及空间堆积模式的分析可知:在这5种配位聚合物中,配合物(1)4具有相同的配位模式,金属离子都是6配位的变形八面体模式,配体中羧酸根采取顺-顺二齿配位模式,而配合物(5)的金属离子采取五配位模式,而配体羧酸根则采取反-反二齿配位和螯合配位两种模式。从5种配位聚合物的堆积图可以看出,配合物(1)3形成了二维结构,在堆积结构中存在左右两种螺旋结构,而配合物(4)和(5)则形成一维链状结构,链中存在简单的空洞结构。从配合物热重分析结果来看,这些配合物都发生了两个阶段的重量损失,配合物(1):261.8℃?386℃(失DMF),386℃?595℃(结构坍塌);配合物(2):125℃?211℃(失H2O),211℃?500℃(结构坍塌);配合物(3):180℃?311℃(失DMF),311℃?505℃(结构坍塌);配合物(4):227℃?267℃(失DEF),267℃?511℃(结构坍塌);配合物(5):186℃?276℃(失DMF),276℃?530℃(结构坍塌);从数据中我们可以看出,在空间形成二维结构的配合物(1)、(3)热稳定性要比在空间形成一维结构的配合物(4)、(5)好,配合物(1)、(3)的结构被破坏的温度都在300℃以上,而配合物(4)、(5)的结构破坏温度在250℃?300℃之间,配合物(2)虽然也形成了二维结构,但是由于结构骨架中含有H2O分子,从而导致了其失水温度和结构坍塌温度都较低。
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