金属离子诱导有机小分子形成超分子金属凝胶的研究

摘要

超分子凝胶即小分子间由非共价键作用通过自组装而形成网络框架结构,进而束缚溶剂所形成的凝胶,它已成为一种具有广泛应用前景的智能/功能性纳米材料。近十几年来,尽管小分子凝胶剂(LMOGs)及其应用报道了许多,但有关超分子(非聚合)金属凝胶剂的报道却相对较少。连有吡啶基团的酰胺化合物,因其吡啶基团的N与酰胺基团的N-H及羰基C=O极易形成分子内与分子间氢键,故常作为凝胶因子进行凝胶试验。
　　本论文分别以1,3,5-苯三甲酸和1,4-苯二甲酸为母体,从合成酰氯出发,进而通过酰胺缩合反应合成含有吡啶基团的酰胺——N,N',N'-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺、N,N',N'-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺、N,N'-二(3-吡啶基)对苯二甲酰胺和N,N'-二(4-吡啶基)对苯二甲酰胺。考察其在不同金属离子诱导下或者与小分子有机物作用下能否形成水凝胶,同时通过红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)技术研究其微观结构,讨论影响凝胶稳定性的因素,并推导金属离子/小分子有机物在凝胶形成中的作用机制。
　　研究发现：<1>N,N',N'-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺和N,N',N'-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺在 Fe3+诱导下均能形成稳定水凝胶,具有热可逆性,且 N,N',N'-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与 Fe3+形成超分子金属凝胶在溶胶-凝胶转变过程中伴随颜色变化。扫描电镜(SEM)照片显示,N,N',N'-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺与Fe3+形成的超分子金属凝胶为片层状结构,N,N',N'-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与Fe3+形成的超分子金属凝胶为纤维网状结构。干凝胶的X-射线小角衍射图表明,凝胶均呈多晶态结构。干凝胶的FT-IR光谱图表明,N,N',N'-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺与Fe3+形成超分子金属凝胶在凝胶形成过程中存在氢键相互作用；N,N',N'-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与 Fe3+形成超分子金属凝胶在凝胶形成过程中也存在氢键相互作用。N,N'-二(3-吡啶基)对苯二甲酰胺与苯甲酸摩尔比为1：12时能形成稳定水凝胶,且具有热可逆性。扫描电镜(SEM)照片显示,N,N'-二(3-吡啶基)对苯二甲酰胺与苯甲酸形成的超分子凝胶为纤维带状结构。干凝胶的X-射线小角衍射图表明,凝胶呈多晶态结构。干凝胶的FT-IR光谱图表明,N,N'-二(3-吡啶基)对苯二甲酰胺与苯甲酸形成的超分子凝胶在凝胶形成过程中存在氢键相互作用。
　　<2>以 1,3,5-苯三甲酸的酰胺衍生物为构建板块,合成一种超分子有机多孔材料(HOF-8)。通过Nuclear Magnetic Resonance(NMR) spectroscopy、Thermogravimetric analysis (TGA) 和 Powder X-ray diffraction (PXRD)对其进行表征。结果表明：这种微孔氢键有机框架具有规则的腔道结构,拥有永久的孔隙度,存在一定程度的灵活性和收缩性,去溶剂化的框架结构(HOF-8d)可以在350oC内保持稳定,且常温下对苯和CO2高度选择性吸附。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超分子金属凝胶概念

1.3 超分子金属凝胶分类

1.4 凝胶行为反常的超分子金属凝胶

第二章 Fe3+诱导N,N',N''-三(3-吡啶基)和N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺形成超分子金属凝胶的研究

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结构表征与性能测试

2.4 结果与讨论

2.5 小结

第三章 对苯和CO2有专一吸附性能的超分子有机多孔材料

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结构表征与性能测试

3.4 结果与讨论

3.5 小结

第四章N,N'–二(3-吡啶基)和N,N'–二(4-吡啶基)对苯二甲酰胺合成及其胶凝性能的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 结论

参考文献

硕士期间发表和完成的论文

致谢