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作为近年来热点研究领域之一,多孔金属一有机框架材料因其纷繁多样的结构和广泛的应用前景而备受关注。其中金属一羧酸框架材料占有重要的地位,这是由于羧酸根的配位方式丰富多彩,且可以形成各种金属簇作为次级结构单元,从而得到较高稳定性、独特的扩展网络和有趣的拓扑结构。本文探讨了基于系列次级结构单元以构筑微孔金属-羧酸框架化合物。全文共分六章:
第一章为前言,主要介绍金属一有机框架材料的发展状况,以及用于构筑金属一有机框架化合物的主要次级结构单元。
第二章介绍利用不同取代基的对苯二甲酸衍生物在溶剂热条件下组装基于四面体结构单元非心的穿插金属一羧酸框架化合物。取代基团在垂直与苯环方向上的大小阻碍网络的互相靠近,是决定网络穿插程度的主要因素。同时,我们发现对于同样由四面体结构单元构成的石英拓扑网络,其与金刚石网络不同,即使是二重穿插,化合物仍然可以是手性的。
第三章介绍将分步升温微波辅助合成技术引入金属一羧酸框架化合物的合成,首次在溶剂热条件下合成了一例具有纳米孔道的动态金属一羧酸框架材料。同时利用侧基取代基的影响,合成了基于拓展的轮桨状次级结构单元、不穿插的柱层式金属一羧酸框架化合物。这意味着选择具有合适侧基的羧酸将可以组装各种长度的柱层式MOFs。
第四章介绍采用对苯二甲酸及其衍生物,并引入直线型有机胺配体,合成基于平面四边形次级结构单元、柱层式金属一羧酸框架化合物。结果表明,没有取代基时,由于层内具有较大的孔道,易导致形成因穿插而无孔的结构。而有取代基时,虽然引起层内的孔道变小,但是避免穿插结构的形成,得以保留了较大空腔,从而获得微孔化合物。其中,运用晶体工程中‘咱下而上”(Bottom-Up)方法,首次在实验上,而非概念上,由层状化合物、双层状化合物,一步一步成功组装得到的三维金属-羧酸框架化合物。
第五章介绍采用二价过渡金属离子与刚性芳香二羧酸,通过传统的溶液法及溶剂热法合成基于直线形三核次级结构单元构筑的金属-羧酸框架化合物。结果表明,该直线形三核次级结构单元中金属的配位习性及配体都会对形成何种结构具有重大影响:金属配位习性的改变导致形成无孔的层状与三维微孔结构,或者形成金属-羧酸框架化合物异构体。同时,该次级结构单元上的溶剂分子被取代后,将形成不同的拓扑结构:从(4,4)网到常见的pcu及罕见的类hex拓扑结构。
第六章对整个论文的工作进行了简要的总结。