本文關鍵詞：半剛性配體基金屬有機框架的構(gòu)建與吸附、傳感性能研究

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【摘要】：金屬有機框架材料(Mrtal-organic fremeworks,簡稱為MOFs)由于其有趣的拓撲結(jié)構(gòu),并且在氣體吸附和分離、傳感、質(zhì)子傳導、催化等方面具有潛在的應用價值,受到了研究者們廣泛的重視。與已被廣泛研究的基于剛性和柔性配體構(gòu)筑的MOFs相比,基于半剛性配體的MOFs的設計、合成和應用是極其少的。半剛性配體擁有剛性配體的剛性和柔性配體的柔韌性,這種“柔中帶剛”的性質(zhì)賦予MOFs具有許多新穎的可調(diào)結(jié)構(gòu)和有趣的性質(zhì)。在本論文中我們選取了半剛性的配體3,5-(4-羧基芐氧基)苯甲酸(H3L)與過渡金屬及稀土金屬,通過改變不同的溫度、溶劑等反應條件合成了一系列結(jié)構(gòu)新穎的金屬有機框架：[Cu2(OH)(L)]·(DMF)0.8(FJU-11),{Ln(L)(H2O)(DMA)),{FJU-13-Ln,Ln =Eu,Tb Pr),Cd(HL)(FJU-15)。不同于己知的長配體和大模板的方法,FJU-11是我們用一種新的策略：即通過半剛性的多羧酸配體,去構(gòu)筑新型的多級孔結(jié)構(gòu),微孔的孔徑是～8.7A,介孔的孔徑是～33.3 A。FJU-11對CO2有大的吸附容量和小的吸附焓,并可在實際柱穿透實驗中對15:85 CO2/N2能實現(xiàn)分離。FJU-13-Eu, FJU-13-Tb,FJU-13-Pr是三例等結(jié)構(gòu)MOFs,具有菱形、表面富氧的孔道結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予FJU-13-Eu對鐵離子的高靈敏度的熒光識別,其中半剛性菱形孔道的存在有利于部分鐵離子與框架中的銪離子發(fā)生陽離子交換；表面富氧有助于捕獲鐵離子進而產(chǎn)生對光子的競爭吸收。我們進一步研究了FJU-13-Eu對生理學環(huán)境中鐵離子的識別檢測。FJU-15是我們利用半剛性配體的部分配位的特性設計出具有分子內(nèi)氫鍵的三維金屬有機框架。由于半剛性框架中分子內(nèi)氫鍵的存在,使其在熱穩(wěn)定性,水穩(wěn)定性和酸堿介質(zhì)中展現(xiàn)高的穩(wěn)定性。特別是它在寬pH范圍內(nèi)的穩(wěn)定性,超過大多數(shù)已經(jīng)報道的MOF材料,為MOF在實際應用中奠定了重要的基礎。此外,FJU-15在紫外光區(qū)域的光致發(fā)光性質(zhì)有望成為潛在的發(fā)光材料。
【關鍵詞】：金屬有機框架 半剛性配體 吸附性能 傳感性能
【學位授予單位】：福建師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O641.4
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 金屬有機框架材料研究背景10-11
• 1.2 金屬有機框架材料的研究概況11-20
• 1.2.1 剛性配體的金屬有機框架材料11-13
• 1.2.2 柔性配體的金屬有機框架材料13-15
• 1.2.3 半剛性配體的金屬有機框架材料15-20
• 1.3 金屬有機框架材料的性能及其潛在應用20-29
• 1.3.1 金屬有機框架材料的氣體吸附性能20-22
• 1.3.2 金屬有機框架材料的傳感性能22-24
• 1.3.3 金屬有機框架材料的質(zhì)子傳導性能24-26
• 1.3.4 金屬有機框架材料的催化性能26-29
• 1.4 本課題的選題依據(jù)和研究目的29-32
• 第二章 半剛性配體基構(gòu)筑的多級孔金屬有機框架的氣體吸附性能研究32-44
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗部分32-35
• 2.2.1 實驗儀器32-33
• 2.2.2 實驗試劑33
• 2.2.3 配體的制備33-34
• 2.2.4 化合物FJU-11的制備34
• 2.2.5 單晶結(jié)構(gòu)測試34
• 2.2.6 穿透分離實驗34-35
• 2.3 理論研究35-36
• 2.3.1 氣體吸附焓的計算35
• 2.3.2 用IAST計算氣體吸附選擇性35-36
• 2.4 結(jié)果與討論36-43
• 2.4.1 晶體結(jié)構(gòu)描述36-37
• 2.4.2 粉末X-射分析37
• 2.4.3 熱重分析和紅外光譜分析37-38
• 2.4.4 氣體吸附性質(zhì)38-41
• 2.4.5 穿透分離實驗41-43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第三章 由半剛性配體基構(gòu)筑的鑭系金屬有機框架材料在小分子傳感和鐵離子檢測的應用44-66
• 3.1 前言44-45
• 3.2 實驗部分45-52
• 3.2.1 實驗儀器45
• 3.2.2 實驗試劑45-46
• 3.2.3 配體的制備46
• 3.2.4 化合物的合成46-47
• 3.2.4.1 化合物FJU-13-Eu的制備46
• 3.2.4.2 化合物FJU-13-Tb的制備46-47
• 3.2.4.3 化合物FJU-13-Pr的制備47
• 3.2.5 單晶結(jié)構(gòu)測試47-51
• 3.2.6 熒光測試51-52
• 3.3 理論研究52
• 3.3.1 Stern-Volmer方程52
• 3.3.2 計算檢出限52
• 3.4 結(jié)果與討論52-64
• 3.4.1 晶體結(jié)構(gòu)描述52-53
• 3.4.2 粉末X-射線衍射分析和熱重分析53-55
• 3.4.3 熒光性質(zhì)55-64
• 3.4.3.1 金屬離子的檢測55-58
• 3.4.3.2 淬滅機理58-62
• 3.4.3.3 在生理環(huán)境中的應用62-63
• 3.4.3.4 有機小分子的檢測63-64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第四章 由半剛性配體基構(gòu)筑的鎘金屬有機框架材料穩(wěn)定性和熒光性能研究66-76
• 4.1 前言66
• 4.2 實驗部分66-70
• 4.2.1. 實驗儀器66-67
• 4.2.2. 實驗試劑67
• 4.2.3. 實驗合成67
• 4.2.3.1. 配體的合成67
• 4.2.3.2. 化合物FJU-15的合成67
• 4.2.4. 單晶結(jié)構(gòu)測試67-69
• 4.2.5 熒光性質(zhì)69-70
• 4.3 結(jié)果與討論70-74
• 4.3.1 晶體結(jié)構(gòu)分析70-71
• 4.3.2 紅外光譜分析和熱重分析71
• 4.3.3 熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性71-72
• 4.3.4 在酸堿介質(zhì)中的穩(wěn)定性72-73
• 4.3.5 熒光性質(zhì)73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 第五章 結(jié)論76-78
• 參考文獻78-98
• 攻讀學位期間承擔的科研任務與主要成果98-100
• 致謝100-102
• 個人簡歷102-104

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