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配位聚合物结构多样、性能优异,是一类很有应用潜力的无机-有机杂化材料,在气体吸附、催化、非线性光学、磁性等领域中展示出了诱人的发展前景。目前配位聚合物的合成方法主要有水热法、溶剂热法、扩散法等。近几年来低热固相反应法、微波法、超声波法、电化学法等方法被应用到配位聚合物的合成中,相较于常规方法,它们具有高效、反应时间短、便捷、绿色等优点,因此在配位聚合物的制备中得到了越来越广泛的应用,也是未来大量制备配位聚合物的候选方法。
本文应用低热固相反应法合成了配位聚合物Zn(INA)2,Zn(INA)2·2H2O和[Cu3(TMA)2(H2O)3]n,用微波法合成了配位聚合物Al(OH)(1,4-NDC)·2H2O,Fe(OH)(1,4-NDC)·2H2O和[Mg(HIDC)(DMF)(H2O)]n(1NA=异烟酸,TMA=均苯三甲酸,1,4-NDC=1,4-萘二甲酸,IDC=4,5-咪唑二甲酸,DMF=N,N-二甲基甲酰胺)。用X射线衍射、元素分析等方法确定了它们的晶体结构,并用扫描电子显微镜研究了产物的形貌,探讨了不同反应条件(包括低热固相反应的温度、研磨时间、所用的金属盐、研磨助剂的选用等,以及微波法的微波辐射时间、反应温度、反应物浓度等参数)对产物的影响。在本文的合成过程中体现了低热固相反应法和微波法的高效便捷性,反应时间较溶剂热法、扩散法大大缩短,并有较高的产率。
对Zn(CH3COO)2·2H2O和HINA的低热固相反应的反应机理作了详细的研究,结果表明,在80℃的反应温度下,未添加研磨助剂时,Zn(CH3COO)2·2H2O和HINA的固相反应为动力学控制的过程,成核速率较快的晶体优先生成,得到的是类金刚石型结构的配位聚合物Zn(NA)2;而在研磨助剂存在的条件下,Zn(CH3COO)2·2H2O和HINA的固相反应为热力学控制的过程,得到的是石英型结构的配位聚合物Zn(INA)2·2H2O。两个反应的控制步骤分别为成核步骤和固相反应步骤。因此可以通过改变固相反应的反应条件,来控制其反应结果。