两个基于四元羧酸配体的具有缠结结构的配位聚合物的合成结构及性质研究

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摘要：本论文中，我们在水热条件下合成了两个配位聚合物 [Cu(phen)(L)0.5(H2O)] (1) 和[Ni2(phen)2(L)(H2O)0.5] (2) (H4L = 5,5'-(ethane-1,2-diyl)-bis(oxy)diisophthalic acid, phen = 1,10-phenanthroline)。通过多种物理测试手段对目标化合物进行了表征。单晶X-射线衍射分析结果表明，化合物1展示了一个2D → 3D的多聚穿套结构，化合物2则展现了一个2D → 3D的插指结构。此外，对化合物的光学带隙也进行了研究。结果表明，化合物1和2的光学带隙分别为2.82和2.77 eV，说明1和2可能是潜在的半导体材料。53701

毕业论文关键词：配位聚合物，晶体结构，多聚穿套，插指，光学带隙

Abstract：In this thesis, two coordination polymers [Cu(phen)(L)0.5(H2O)] (1) and [Ni2(phen)2(L)(H2O)0.5]·0.5H2O (2), where phen = 1,10-phenanthroline and H4L = 5,5'-(ethane-1,2-diyl)-bis(oxy)diisophthalic acid, have been synthesized under hydrothermal conditions. The crystal structures of the target compounds were characterized by several physical measurements. Single-crystal X-ray diffraction analyses indicate that compound 1 displays a 2D → 3D polythreading motif, whereas compound 2 shows a 2D → 3D interdigitated framework. In addition, the optical band gaps of the compounds were also investigated. The results indicate that the optical band gaps of compounds 1 and 2 are 2.82 and 2.77 eV, respectively, which implies that compounds 1 and 2 may be potential semiconductor materials.

Keywords: coordination polymer, crystal structure, polythreading, interdigitated, optical band gaps

1 前言 3

1.1 配位聚合物的分类 3

1.2 配位聚合物的结构 4

1.3 配位聚合物的应用 6

1.4 立题思想 8

2 实验部分 9

2.1 试剂与仪器 9

2.2 配合物的合成 10

2.3 X射线晶体学 10

3 结果与讨论 11

3.1 配合物的晶体结构分析 11

3.2 红外光谱 15

3.3 配合物的热重分析 15

3.4 配合物的光学带隙 16

结论 18

参考文献 19

致谢 21

1 前言

配位聚合物是有机配体与金属离子通过配位键或弱化学键相互作用而构筑的具有无限结构的化合物[1]。配位聚合物不仅可以展示出多种多样迷人的结构，还在多个研究领域有广泛的应用前景。从催化、吸附、药物运载、离子交换到磁性、发光以及分子识别等多个领域，配位聚合物都扮演着重要角色。利用晶体工程学原理，可以分析配位聚合物的几何构型和分子间的相互作用，从而可以通过选择合适的有机配体和金属离子来优化配位聚合物的最终结构。

1.1 配位聚合物的分类

近年来，通过世界各国科研工作者的不懈努力，各种各样迷人结构和优异功能特性的配位聚合物相继被知晓。下面根据配位聚合物中所含有机配体的种类不同将文献中报道的配位聚合物进行简单的分类。

1.1.1 基于羧酸配体的配位聚合物

含羧基的配位聚合物是当前研究最多的一类配合物。羧酸配位方式灵活，且能够通过羧基的螯合作用将金属离子连接成金属簇，从而构建成多种多样结构和功能不同的配位聚合物。另外，反应体系的pH值不同，多元羧酸的去质子化程度和配位程度也不同，因而可以提供不同数量的氢键给体和受体，产生不同的分子间相互作用力。根据配体中连接基团的柔性不同，可以将羧酸类配体分为柔性配体和刚性配体两大类。柔性配体如丙二酸、丁二酸和戊二酸等；刚性配体如邻、间、对苯二甲酸、1,3,5-苯三酸和1,2,4,5-苯四酸等。柔性配体在配位时可根据金属离子的配位需求调整配位模式，因而这类配体构筑的配位聚合物结构较难预测。但是这类配体的优点是构筑的配位聚合物易形成螺旋、穿插和缠结等特殊的结构类型。刚性配体在配位时构型变化较小，因而构筑的配位聚合物结构具有一定的可预测性。这类配体常被用来构筑预先设计好的多孔配位聚合物，这对气体吸附性能的研究具有非常重要的意义。