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多金属氧酸盐的无机—有机杂化材料的合成、结构及性能研究

王崇臣  
【摘要】:无机-有机杂化化合物材料的制备是现代化学分子设计的重要对象,为了制备具有特殊性能的材料,通过分子设计对配位中心金属离子(模板,templating)、多齿有机配体和无机酸根离子(构件,building block)进行选择,然后再进行组装。 本课题选择结构和性能独特的多金属氧酸根(POMs)和多齿有机配体作为构件,以金属离子作为模板合成出新型多金属氧酸盐无机-有机杂化化合物。 本课题采用水热合成法以CoCl2·6H2O、 4,4’-联吡啶(4,4'-bpy)、NH4VO3、WO3以及13 mL H2O为原料(摩尔比1:2:2:2:3610), 在容积为25 mL的内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应罐中保持170℃反应3d,得到以六钨酸根(W6O19)2-和刚性有机配体4,4'-bpy为构件、以中心金属离子Co(II)为模板的无机-有机杂化化合物[Co2(bpy)6(W6O19)2],其晶体结构测定的结果表明[Co2(bpy)6(W6O19)2] 具有二维层状结构,属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶胞参数是:a = 19.971(4) ?,α= 90°, b = 11.523(2) ?,( = 96.49(3)°, c = 16.138(3) ?, γ = 90°, V = 3690.0 ?3 和Z = 2。该化合物的晶体结构具有新颖性,因为在此之前尚未出现将(W6O19)2-连接到无限扩展网络结构的化合物。 WP=4 本课题还采用水热合成法以CoCl2·6H2O、1,3-联(4-吡啶基)丙烷(bpp)以及NH4VO3以及13mL H2O为原料(摩尔比1:2:2:3610),在容积为25 mL的内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应罐中保持120℃反应3d,得到以四钒酸根(V4O12)4-和柔性有机配体bpp为构件、以中心金属离子Co(II)为模板的无机-有机杂化化合物[Co(bpp)2V2O6] ·2H2O,其晶体结构测定的结果表明[Co(bpp)2V2O6] ·2H2O具有三维网状结构,属于四方晶系,空间群为I4,晶胞参数是:a = 21.5674(7) ?, α?= 90°,b = 21.5696(7)?, ( = 90°,c = 12.8126(4) ?, γ= 90°, V = 5960.4(3) ?3 和Z = 8。在这种化合物中,二维配位聚合物正离子2∞{Co (bpp)2}n2n+层经过互穿形成三维结构,形成的通道被具有八元环(V4O12)4-通过V-O-Co桥键和Co(II)桥联,这种结构也是前所未有的。 通过对这两种化合物分别进行UV-Vis-NIR反射光谱测试,发现这两种化合物的能隙值(Eg)分别是2.2eV和2.1eV,都属于半导体材料。 同时还对合成这两种化合物影响因素如反应物的配比、反应溶液的pH值、反应温度等进行探讨,确定了反应体系的最佳反应条件。


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