稀土金属有机开放骨架化合物及锗酸盐类分子筛的合成与表征

摘要

近年来，金属离子和有机配体自组装而成的金属—有机开放骨架化合物(PorousMetal—organicFrameworks—MOFs)，由于其在气体分离、离子交换、化学催化等方面的潜在的应用前景成为无机固体材料研究领域内的热点之一。镧系金属由于其外层电子的特殊排布，其在非线性光学材料、磁性材料等领域有重要的应用价值，因此本论文对镧系金属—有机开放骨架化合物进行了重点研究。 我们选用Eu3+、Nd3+、Gd3+、La3+、Ho3+五种稀土金属离子与对二苯氧乙酸(1，4—H2BDOA)、2，5-吡啶二酸(PDC)、异烟酸等有机配体进行反应，用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、哌嗪等作为去质子化剂，在水热条件下合成出了五个化合物，并对它们的晶体结构进行了解析。发现[Eu(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O、[Nd2(1，4—H2BDOA)3]·4H2O、[Gd(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O、La2(VDC)3这四个化合物均为单斜晶系、P21/c点群。它们的晶体学参数如下：[Eu(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O，a=1.2078(2)nm，a=90°，b=1.6591(3)nm，β=109.27(3)°，c=0.9883(2)nm，γ=90°，V=1.8695(7)nm3，Z=4；[Nd2(1，4—H2BDOA)3]·4H2O：a=1.2123(2)nm，a=90°，b=1.6700(3)nm，β=109.25(3)°nm，c=0.89385(1)nm，γ=90°，V=7085(6)nm3，Z=2；[Gd(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O：a=1.2081(2)nm，a=90°，b=1.6612(2)nm，β=109.3(3)°，c=0.8879(18)nm，γ=90°，V=1.1179(4)nm3，Z=4；La2(PDC)3：a=0.6590(13)nm，a=90°，b=1.8073(4)nm，β=95.70(3)°，c=0.94333(19)nm，γ=90°，V=1.6818(6)nm3，Z=13。其中化合物[Eu(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O、[Nd2(1，4—H2BDOA)3]·4H2O、[Gd(1，4—H2BDOA)1.5]·2H2O具有相似的空间结构，在a—b方向上形成了层状的结构，在c方向上由羧基相连形成了一个三维的网状结构。化合物La2(PDC)3中存在清晰的层状构型，一个PDC分子可以同时与四个La3+相连，吡啶环上的N原子直接与La3+相连，而两个羧基上的四个氧原子中的三个氧原子是三配位，另一个氧原子是两配位。化合物[Ho2(1.4—BDOAH2)3]·2H2O是由Ho、C、O三种元素组成的具有三斜晶系、P1点群的开放骨架化合物，空间群为P1，晶胞参数是：a=0.6091(12)nm，a=111.99(3)°；b=1.0636(2)nm，β=96.66(3)°；c=1.3477(3)nm，γ=97.64(3)°，V=0.7893(3)nm3，Z=1。化合物中Ho3+与四个对苯氧乙酸分子中的苯环结构直接相连，总体形成一个层状结构，同时Ho3+与周围的氧原子构成不规则的多面体结构。 同时在完成硕士学业的过程中也对另一种类分子筛化合物—锗酸盐进行了研究，并在水和吡啶的体系中合成出两种新的锗酸盐分子筛，(H2DETA)[ZrGe3O8F(OH)]和[NH3CH2CH(NH3)CH3]2·[Ge9O18(OH)4]·H2O，并对它们的晶体学结构进行了研究。其中(H2DETA)[ZrGe3O8F(OH)]单斜晶系，P21/c空间群，晶体学数据是：a=0.7644(2)nm，a=90°，b=1.1235(2)nm，β=90.19°，c=1.686(3)nm，V=1.4479(5)nm3，Z=4，用二乙烯三胺做结构导向剂合成，有类似于ASU-23的一种新的层状结构，结构修正表明存在三元环和ZrGe5团簇。化合物[NH3CH2CH(NH3)CH3]2·[Ge9O18(OH)4]．H2O属于正交晶系，Pbca空间群，晶体学数据：a=1.4168(3)nm，α=90°，b=1.2449(3)nm，β=90°，c=1.4633(3)nm，γ=90°，V=2.5811(9)nm3，Z=4：此化合物8—、10—MR相互交叉孔道的三维骨架是由Ge9O22团簇构成的。质子化的有机胺分子被包围在孔道中，并且通过氢键与骨架相连。水分子处在两个沿着b轴的相邻Ge9O22团簇之间，并且被四个沿着[101]和[10-1]面的质子化的1，2-丙二胺包围。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1多孔化合物概述

1.2金属有机开放骨架化合物的合成

1.2.1原料的选择

1.2.2金属有机开放骨架化合物的合成方法

1.2.3主要影响因素

1.2.4金属有机开放骨架化合物的设计

1.3金属有机开放骨架化合物的研究现状

1.4金属有机开放骨架化合物的应用

1.4.1催化作用

1.4.2气体存储

1.4.3气体分离

1.4.4非传统领域内的应用

1.5稀土金属有机开放骨架化合物

1.5.1稀土元素的结构和性质

1.5.2影响微孔稀土金属有机开放骨架化合物形成的主要因素

1.6本课题的选题依据及主要研究内容

1.6.1本课题选题的现实及理论意义

1.6.2主要研究内容及关键问题

1.6.3具体的试验方法

第二章稀土金属有机开放骨架化合物的合成及表征

2.1仪器和药品

2.1.1仪器

2.1.2药品

2.2稀土金属有机开放骨架化合物的合成

2.2.1对二苯氧乙酸的合成

2.2.2实验过程

2.3产物晶体组成的测定

2.3.1晶体的选择

2.3.2晶体的测定

2.4单晶结构的测定

2.5稀土金属有机开放骨架化合物合成的结果与讨论

2.5.1化合物的详细合成过程

2.5.2其他试验

2.5.3化学组成的测定结果

2.5.4晶体学数据

2.5.5结构描述

本章小结

第三章锗酸盐类孔道化合物的合成与表征

3.1实验部分

3.1.1试剂

3.1.2化合物的合成

3.2化合物的结构测定与描述

3.2.1(H2DETA)[ZrGe3O8F(OH)](化合物6)的结构

3.2.2化合物[NH3CH2CH(NH3)CH3]2·[Ge9O18(OH)4]·H2O(化合物7)的结构

本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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