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芳香二羧酸镓/铟配位聚合物的水热合成与荧光性能研究

周广鹏  
【摘要】:金属-有机配位聚合物作为一种新型光、电、磁、催化功能材料,不仅具有无机化合物化学稳定性和热稳定性高的特点,而且具有有机化合物易剪裁、易功能化和结构多样的特点,同时在分子吸附与分离、分子识别、离子交换等领域所具有的巨大应用潜力,备受国内外相关领域学者的青睐。 本研究利用水热和溶剂热合成技术,以七种具有不同配位点的联苯二羧酸,吡啶二羧酸和咪唑二羧酸等芳香二羧酸为主配体,邻菲啰啉和异烟酸为辅助配体,成功合成了未见报道的三例镓配合物。在镓配合物的基础上,采用水热和溶剂热的方法,选择不同的金属源和芳香二羧酸配体(单吡啶环→单苯环→双苯环→苯并咪唑双环),设计合成了一例二维镓配位聚合物,五例铟配位聚合物及四例铜和锰配位聚合物。通过X-射线单晶衍射技术分析了晶体结构,利用元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱进行了结构表征,通过热重分析、紫外吸收光谱、液态和固态荧光光谱进行了性能测试。同时分析了合成条件对晶体结构的影响,研究了晶体结构与发光性能的关系。 (1)通过水热合成技术,并严格控制溶液的pH值,合成了三例基于2,6-吡啶二甲酸(2,6-H_2PDA)的新型镓配合物,[Ga(2,6-PDA)_2][Ga(2,6-PDA)(phen)(H_2O)]·4H_2O(1,phen=邻菲啰啉),[Ga(2,6-PDA)_2][H_2IN]·2H_2O(2,HIN=异烟酸)和[Ga(2,6-PDA)(OH)(H_2O)]_2(3)。晶体结构分析表明,化合物1中含有混合配体,2为单核结构,3为双核结构(Ga~(3+)中心距离为3.0061(3))。以此为基础,设计合成了一例完全由2,4'-联苯二甲酸(2,4'-H_2BPDA)构筑的含平行四边形孔道的二维镓配位聚合物[Ga(2,4'-BPDA)(OH)]_n(4)。热重分析表明,合成的新型镓配合物都具有良好的热稳定性。固态荧光测试表明,镓配合物13的单色发光性较好,强度高,可作为潜在的蓝色发光材料;镓配位聚合物4显示强的蓝绿光发射,可作为潜在的蓝绿色发光材料。 (2)以合成的镓配合物及配位聚合物为基础,选择同主族金属铟和具有不同配位点的联苯二甲酸配体,通过水热和溶剂热的方法,设计合成了由2,2'-联苯二甲酸(2,2'-H_2BPDA)和1,3-苯二甲酸(1,3-H_2BDC)分别构筑的两例一维链状及二维层状铟配位聚合物[In(2,2'-BPDA)(phen)Cl]_n(5)和[In(1,3-BDC)(1,3-HBDC)·2DMF]_n(6,DMF=N,N-二甲基甲酰胺),由4,4'-联苯二甲酸(4,4'-H_2BPDA)调控的三例铟配位聚合物[In(4,4'-BPDA)1.5(phen)]_n(7),[In(4,4'-BPDA)(OH)(H_2O)]_n(8)和[In(4,4'-BPDA)_2·Me2NH_2·H_2O]_n(9,Me2NH=二甲胺)。拓扑结构分析表明,化合物5具有邻菲啰啉修饰的一维螺旋链结构,6具有(4,4)拓扑二维层状结构,7具有独特的二维梯形层状结构,8具有4-连接三维开放骨架结构,9具有独特的二重贯穿金刚石型三维网络。固态荧光测试表明,铟配位聚合物发光强度高,发光范围大,从蓝光区一直延伸到橙红光区,可作为潜在的白光发射材料。 (3)通过低温溶剂热的方法,选择咪唑二甲酸配体,成功合成了四例铜和锰配位聚合物[Cu(4,5-HImDC)(phen)]_n(10,4,5-H_3ImDC=4,5-咪唑二甲酸),[Mn(2,4'-BPDA)(phen)(H_2O)]_2n(11),[Mn(4,5-HImDC)(phen)]_n(12)和[Mn(5,6-HBImDC)(H_2O)]_n(13,5,6-H_3BImDC=5,6-苯并咪唑二甲酸)。晶体结构分析表明,化合物10具有一维螺旋链结构,11是通过2,4'-联苯二甲酸构筑的双核一维链结构,12具有类似于10的一维螺旋链结构,但中心金属离子和配体的配位方式不同,13是通过双螺旋链构筑的二维层状结构。 (4)芳香二羧酸主族镓/铟配合物及配位聚合物的合成实验研究表明,不同的合成方法和反应物配比、反应温度、反应时间、溶液pH值等合成条件对晶体的形成和结构起着决定性的作用。 (5)晶体结构与发光性能的关系研究发现,化合物的维数、金属偏离平面的距离、配体的二面角以及配体的配位方式对发光性能具有重要影响。


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