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金属镍—有机配位聚合物的合成、结构表征及性质研究

王磊  
【摘要】: 近年来配位聚合物的设计、合成及研究已经成为结构化学和材料化学的一个研究热点。这不仅是由于配位聚合物具有多样化的拓扑结构,而且它们还具有的不寻常的特殊性质使其在材料科学领域得到的广泛的应用。例如:在非均相催化,气体吸附、存储和分离,分子识别,非线性光学材料、微孔材料、磁性材料、超导材料、荧光材料和生物活性等诸多方面都有很好的应用前景。其中由于芳香羧酸化合物具有单齿配位、螯合双齿配位、螯合桥联多齿配位等多种配位构型,更被诸多超分子配位聚合物研究者所青睐。 本文选用均苯三甲酸作为第一配体,1,10-菲啰啉为第二配体,过渡金属镍为中心金属离子,采用水热合成法制备了配位聚合物晶体[Ni(phen)3(H3BTC)3(H2BTC)(NO3)(H2O)3]n(其中H3BTC=1.3.5-均苯三甲酸;phen=1,10-菲啰啉),同时对合成该配位聚合物的影响因素如反应物配比、反应温度、体系pH以及溶剂的选择等方面进行了探讨、优化并确定了体系最佳反应条件。 采用红外光谱分析、X射线能谱分析等手段分析晶体的化学组成,结果表明两个配体和中心金属离子都进入了目标化合物,确定该晶体为一种新的配位聚合物晶体。 进一步采用X-射线单晶衍射分析手段,对该晶体进行了单晶结构研究,实验结果表明,该配合物晶体属于单斜晶系,C2/C空间群,晶胞参数a=29.510(6)A,b=14.110(3)A,c=33.999(7)A,a=90°, p=110.94(3)°,γ=900,V=13222(5)A^3,Z=8,F(000)=6416, Mr=1554.92,Dc=1.562 Mg/m^3,μ=0.396 mm^-1,R1=0.0773,wR2 =0.2120. 在该配位聚合物的单晶独立单元中,中心原子Ni(Ⅱ)采取六配位,分别与来自三个Phen分子中的六个N原子配位,形成扭曲的八面体结构,这些[Ni(phen)3]2+在b轴方向上为明显的Z字链结构。通过氢键等作用连接的独立结构单元中形成了无限重复延伸的一维H3BTC分子长链,这些长链与其它的H3BTC分子在平面上形成了规则的网格结构,在多维空间上形成了规则的层状结构。由沿a轴结构堆积图等可以看出,该配位聚合物具有明显的重复性孔洞结构。 对该配合物进行热稳定性、荧光性能以及导电性能的表征,结果表明配合物骨架在370℃以下是稳定的,有弱荧光性,光学能隙Eg为0.895ev,具有半导体性质。


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