基于金属氧簇的骨架的设计、合成及性质研究

【摘要】金属有机骨架(MOFs)，是继分子筛和碳材料之后的又一类重要的新型多孔性材料。新兴材料具有很多的优势，如合成条件很温和、结构多样性等等。但是这类材料也有一个缺点：稳定性不是太好。目前，该材料在催化，储能和分离中都有广泛应用，前几年，大多数研究人员主要致力于气体储存的实验和理论研究。由于这类材料在去除孔道中的溶剂分子后仍然保持骨架的完整性。因此，金属有机骨架还具有许多潜在的特殊性能，在立体选择性催化、感应、主客体分子(离子)交换、能量存储与转换、分离、光电材料、磁学材料和生物医药等新材料开发中显示出诱人的应用前景。本论文选择了常见的一些有机配体和金属离子设计并合成了10种金属有机骨架。我们对这些骨架的合成方法及其规律进行了系统地研究，整理了其所归属的拓扑类型，探讨了添加物对于骨架最终结构的影响等规律。另外，骨架的一些基本物理性质(热稳定性)、在生物方面的应用(主要是药物载入和释放)、磁学性质等也都进行了初步的探究。研究之后的结果如以下四个方面所示：1.借助于分步合成策略，使用单分子笼作为前驱体，与不同长度的线性配体在溶剂热条件下反应，成功得到了四个三维金属有机骨架。笼型多面体中外围的12个配位水分子被线性配体取代，形成了12连接的具有fcu拓扑结构的骨架，其Schlfli符号是(324·436·56)。在这些化合物中，微孔笼和介孔笼同时存在，并且在a、b和c三个方向上存在着相同的一维孔道。{[Cu24(5-NH2-mBDC)24(bpy)6(H2O)12]·72DMA}(1){[Cu24(5-hip)24(pz)6(H2O)12]·64DMF}(2){[Cu24(5-hip)24(bpy)6(H2O)12]·119DMF}(3){[Cu24(5-hip)24(bpe)6(H2O)12]·138DMF}(4)5-NH2-mBDC=5-aminoterephthalicacid5-hip=5-hydroxyisophthalicacidpz=Pyrazinebpy=4,4–bipyridinebpe=1,2-di(pyridin-4-yl)ethene2.在本章中，我们选用金属镁作为金属源，在不同添加物的调节下，成功地得到了具有相同的分子式的三个同质异晶。化合物中存在着由三核镁簇和配体构筑成的菱形纳米管。这些纳米管之间通过互享管壁，生成了三维网络骨架。这些骨架可以被看作是8连接的bcu拓扑结构，Schlfli符号是(424·64)。[Mg3(H2O)4(5-aip)2(5-Haip)2]·4DMA(5)[Mg3(H2O)4(5-aip)2(5-Haip)2]·4DMA(6)[Mg3(H2O)4(5-aip)2(5-Haip)2]·4DMA(7)5-aip=5-aminoterephthalicacid3.本章中，我们证明了通过调节添加物NaOH的量可以成功地得到三种不同的结构。由于其它两个结构已经被报道，现在不在进行描述。化合物8包括四种不同的二次构筑单元。这些二次构筑单元与BTC配体一起构筑了两种笼。两种笼通过不同的方式堆积，分别构筑了两种层：笼构筑的层和孔道层。自然而然，整个结构可以看作是这两种层交替堆积而成。化合物8的整体结构被看作是一个中性非互穿的(3,4,6)网络，点符号为(4·62)4·(4·82)8·(62·84)·(86)2·(43·64·88)4。[Zn10(OH)O(BTC)5(HBTC)(DMA)2(H2O)4]·11DMA(8)BTC=Trimesicacid4.在对氨基水杨酸存在的条件下，我们成功地分离出了两个基于六核钴簇的带有孔的配位聚合物。化合物9中，三个互相垂直的方向上都有一维孔道存在。这些孔道互相垂直，并相互连接形成了一个多孔的骨架。而化合物10在c轴方向上存在着一维很小的孔道。两种化合物中都可以看作是一个6连接的网络，符号是(44·610·8)。[Co6(μ3-OH)2(ip)5(H2O)3]·7DMA(9)[Co3(μ3-OH)(ip)2.5(H2O)(DMF)]·2DMF(10)ip=isophthalicacid
【作者】王海宁；
【导师】王新龙；苏忠民；
【作者基本信息】东北师范大学，物理化学，2014，博士
【关键词】金属有机骨架；可控合成；药物载入与释放；拓扑；

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