基于2,2’-联吡啶-3,3’-二羧酸的稀土配位聚合物的合成、结构及性能研究

摘要

稀土金属与吡啶羧酸可形成网状或层状结构的聚合物，其结构稳定，能够很好的改变稀土离子的发光性质，而且制备出的光转换材料已应用于实际生产中，因此稀土-吡啶羧酸有机配位聚合物的设计、合成、结构与荧光性能的研究具有重要的理论意义及应用价值。
　　 本论文以稀土金属Eu/Nd为中心模板，2，2'-联吡啶-3，3'-二羧酸(H2bpdc)为有机配体构件，合成了2个新颖的具有2D骨架结构的配位聚合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n和{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n，利用单一变量法研究、确定最佳合成工艺条件，并对其晶体结构、热性能、荧光性能等进行深入探讨。本论文的主要研究成果:
　　 1.自行合成2，2'-联吡啶-3，3'-二羧酸，对其结构和纯度进行表征。
　　 2.单一变量法研究了反应物配比、溶剂种类与溶剂量、体系pH和反应温度四大因素对合成的影响，确定了晶体的较佳合成工艺条件。
　　 3.通过EDS、IR和XRD等表征手段，分析配合物组成、结构，初步验证配位成功。
　　 4.对配合物进行X-射线单晶结构解析，详细研究了其晶体结构特征。{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n和{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n均属于单斜晶系，P2/c空间群，结构上属于同构体。分子结构中形成的一维链状呈ABAB(....)镜面对称，晶格水分子间发现了五元水分子环。在镧系中钕比铕靠前，原子和离子半径都比铕要大，在与同一个配体(H2bpdc)配位时，形成的相应键长、键角、键能等有所差异。
　　 5.通过TG分析了两个配位聚合物的热稳定性，结果表明两配合物吸热后均发生分解反应，分解机理相似，分解温度不同。配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n的失重区间为390～705℃，而{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n的失重区间为333～733℃。
　　 6.荧光光谱分析结果表明，配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n显示强烈红光，而{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}的荧光强度较弱，这主要由稀土离子本身的电子层结构以及配体与金属之间的能量匹配度决定。
　　 本论文对两个系列稀土有机配位聚合物进行了系统研究，为该领域晶体结构和性能关系的理论提供了基础数据，对于开发研究新的功能材料具有重要的意义。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 金属有机配位聚合物

1．2 羧酸类配位聚合物的研究进展

1．2．1 吡啶羧酸类配体的分类和研究

1．2．2 基于H2bpdc的过渡金属配位聚合物的研究进展

1．2．3 基于H2bpdc的稀土配位聚合物的研究进展

1．3 稀土有机配合物的荧光发光原理

1．3．1 稀土离子的发光原理及分类

1．3．2 稀土配合物的光致发光原理

1．3．3 稀土配合物发光的影响因素

1．4 本课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品和仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 金属有机配位聚合物的分子设计

2．2．1 中心金属离子的选择

2．2．2 配体的选择

2．3 配体(H2bpdc)的合成和表征

2．3．1 配体(H2bpdc)的合成

2．3．2 配体(H2bpdc)的表征

2．4 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的合成方法及影响因素

2．4．1 金属有机配位聚合物的合成方法

2．4．2 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的合成条件的研究

2．5 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的结构表征

2．5．1 EDS能谱分析

2．5．2 红外光谱分析

2．5．3 XRD粉末衍射分析

2．5．4 X-射线单晶结构测定

2．6 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的性能表征

2．6．1 热稳定性分析

2．6．2 荧光性能分析

第三章 结果与讨论

3．1 配体2，2’-联吡啶-3，3’-二羧酸(H2bpdc)的合成及表征

3．1．1 配体H2bpdc的合成

3．1．2 配体H2bpdc的表征

3．1．3 小结

3．2 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的合成及条件的探究

3．2．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(h2O)5}n的合成条件的探究

3．2．2 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2J·(H2O)5}n的较佳合成工艺条件

3．2．3 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n的合成条件的探究

3．2．4 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n的较佳合成工艺条件

3．3 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的EDS能谱分析

3．3．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n EDS能谱分析

3．3．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n EDS能谱分析

3．4 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的IR光谱分析

3．4．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n IR光谱分析

3．4．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n IR光谱分析

3．5 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的XRD粉末衍射分析

3．5．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2J·(H2O)5}n XRD粉末衍射分析

3．5．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n XRD粉末衍射分析

3．6 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的X-射线单晶结构解析

3．6．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n(1)单晶结构描述

3．6．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n(1)单晶结构描述

3．6．3 配合物(1)和(2)的结构差异分析

3．7 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的热稳定性分析

3．7．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n(1)热稳定性分析

3．7．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n(2)热稳定性分析

3．7．3 配合物(1)和(2)的TG差异分析

3．8 配位聚合物Eu／Nd-bpdc的荧光性能分析

3．8．1 配合物{[Eu2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5}n(1)荧光性能

3．8．2 配合物{[Nd2(bpdc)3(H2O)2]·(H2O)5)n(2)荧光性能

3．8．2 配合物(1)和(2)荧光性能对比分析

3．9 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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