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《东北师范大学》 2009年
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基于微孔金属—有机框架的多金属氧酸盐杂化材料及其性能研究

孙春艳  
【摘要】: 微孔金属-有机框架(MOFs)因具有规则而均匀的孔道结构,在吸附、分离、药物或催化剂载体等方面有着诱人的应用前景。多金属氧酸盐(POMs)是一类具有纳米尺寸的无机金属-氧簇合物。由于结构、组成多样,性质可调而且在光、电、磁学及催化、药物等领域有着重要的应用。因此,基于微孔金属-有机框架的多金属氧酸盐杂化材料研究将成为人们关注的热点课题。 本论文制备了一系列基于微孔金属-有机框架的多金属氧酸盐晶态杂化材料,并对其合成方法、结构特点、化学性质、功能特性及潜在的应用前景进行了探讨。主要研究结果如下: 1、基于微孔金属-有机框架的单分散、高稳定晶态多金属氧酸盐及其催化性能 利用一步水热反应将一系列具有催化活性的Keggin型POMs引入到MOF的开放体系中得到了一系列基于电中性Cu-BTC(BTC:均苯三甲酸)主体框架固载Keggin型POMs在孔道中的化合物,将其命名为NENU-n(取自Northeast Normal University,n=1?6;BTC=1, 3, 5-benzentricaboxylate): [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[H_2SiW_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·30H_2O (1) [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[H_2GeW_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·30H_2O (2) [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[HPW_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·25H_2O (3) [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[H_2SiMo_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·30H_2O (4) [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[HPMo_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·20H_2O (5) [Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[HAsMo_(12)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·20H_2O (6) 这些化合物的显著特点是结构中交替排列着两种不同的切角八面体形状的笼,质子化的Keggin阴离子以非配位的形式占据在其中一种笼中。以NENU-3为代表,利用X-ray、TG、IR、UV-vis、N2吸附以及酸碱滴定等表征了化合物的结构、稳定性、多孔性、酸强度以及催化性质。NENU-3经过简单加热处理可以得到除去客体的NENU-3a,其作为非均相酸催化剂对酯水解表现出很高的催化活性。该系列化合物作为催化剂与以往固载型催化剂比较具有以下优点:X-ray晶体学明确表征了其结构;实现了催化剂在分子水平上的单分散;克服了传统催化剂的流失现象和钝化现象;均一的纳米孔道可以实现对反应物的尺寸选择性;稳定的晶态框架保证了催化剂的回收和循环使用。 2、以Keggin型多金属氧酸盐为模板构筑具有方纳石拓扑的金属-有机框架及其性质 利用多金属氧酸盐为阴离子模板成功构筑了一系列新颖的POMs/MOF杂化物。这些化合物在Keggin结构多金属氧酸盐阴离子的模板作用下形成了一个负电性的具有方纳石拓扑的金属-有机框架,我们将其命名为NENU-21-27,分子式如下:H_3[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[PW_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (21)H_3[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[PMo_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (22)H_4[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[SiW_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (23)H_4[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[SiMo_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (24)H_3[(CU_4Cl)_3(BTC)_8]_2[ASW_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (25)H_3[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[AsMo_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (26)H_5[(Cu_4Cl)_3(BTC)_8]_2[Fe~IIIW_(12)O_(40)]-(C_4H_(12)N)_6 (27) 在NENU-21-27中,带有3-5个负电荷的Keggin型多阴离子以非配位客体的形式排列在一个带负电的、具有内稳态金属中心和方纳石拓扑的金属-有机框架中。这种由Cu_4-(μ_4-Cl)-BTC次级建筑单元构筑的方纳石型金属-有机框架是前所未有的,显示了POMs的模板作用。NENU-21-27的成功合成打破了多阴离子不能被引入到阴离子骨架中的传统观念。 3、基于微孔金属-有机框架的多金属氧酸盐药物缓释体系探索 将二钛取代的Keggin结构多钨酸盐K_4H_3PTi_2W_(10)O_(40)(PTi_2W_(10))通过一步法引入到基于Cu-BTC的稳定的金属-有机框架中,得到一个新的杂化物,命名为NENU-10:[Cu_2(BTC)_(4/3)(H_2O)_2]_6[H_5PTi_2W_(10)O_(40)]·(C_4H_(12)N)_2·20H_2O(10).研究发现,化合物10中的PTiW_(10)阴离子可以通过浸泡缓慢释放到水中,该过程通过紫外-可见、元素分析、红外、热重、X-射线粉末衍射、氮气吸附等一系列实验得到了证实。由于PTi_2W_(10)具有低毒和高效的抗艾滋病活性,因而对化合物10作为多金属氧酸盐药物缓释体系的相关性质进行了初步探讨。研究表明大约一周后,多金属氧酸盐药物缓释体系的相关性质进行了初步探讨。研究表明大约一周后,化合到或模拟体液中。由于基于Cu-BTC的金属-有机框架无毒、不溶、可被排除体外等特点使其可望成为多金属氧酸盐药物的有效的不溶性骨架型缓释体系。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O611.3

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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