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近几年来,分子簇基超分子杂化材料逐渐成为化学研究的前沿领域之一。其中由金属-氧簇作为基本构筑块形成的有机-无机杂化材料引起了化学工作者们的广泛兴趣。这不仅由于其在结构类型上的多样性,还由于它们在诸如,催化、分子电子学、功能材料、导电、光学材料和医药科学等各方面潜在的应用前景。通过温和的合成方法,我们得到了七个新颖的钨-氧簇合物,并通过单晶X-射线衍射分析、红外光谱、紫外光谱、元素分析、粉末衍射、热重分析、顺磁共振及磁化率等手段对它们进行了结构表征和性能研究。论文工作概述如下:
1.对近年来化学工作者们在钨-氧簇合物方面的最新研究发展动态进行了简要的概述,并对其中部分具有代表性的化合物的结构、性能及应用等进行了扼要的归纳和总结。
2.通过适当地调节PH值、反应溶剂等反应条件,我们得到了两个化合物(W6O19)[Co(DMSO)6](1)和{[W10O32][Cu(DMSO)4(H2O)]2}(II)。在该两个化合物中,虽然没有得到预想的钨-氧簇合物与金属离子配位形成的拓展结构的化合物,但两个化合物中不同类型的钨-氧簇核的形成,一方面说明了抗衡阳离子对金属-氧簇的形成具有一定的模板作用:另一方面也为通过改变抗衡阳离子来设计合成一定结构的金属-氧簇核提供了一些有用的信息。该类化合物具有非常漂亮的结构类型,并表现出了很好的热稳定性。
3.通过适当的改变反应条件和调节反应物的摩尔比,成功地合成了一例结构独特的钨-氧簇合物[Me2NH2]5[H5W18CuO60(H2O)]·2H2O(III),这是首例由五配位的W原子占据簇核的中心而杂原子Cu占据簇核骨架表面的杂多酸类钨-氧簇合物。该化合物具有十分独特的结构类型,产率高且具有较好的可重复性。
4.向化合物Na2[W2O4EDTA]·xH2O(IV)的溶液中加入稀土盐时,生成了与IV具有类似成分但结构完全不同的二维化合物Na4[W2O4EDTA]2·9H2O(V),在该化合物中Na+离子和溶剂水相互连接形成一条齿状的Na-O链。
5.通过H2[W2O4EDTA]·xH2O与4,4’-bpy的反应得到了化合物(4,4’-H2bpy)[W2O4EDTA]·4H2O(VI)。有趣的是在[W2O4EDTA]2-和4,4’-bpy通过氢键形成的每个长方形孔洞中穿插着两条由四个游离的水形成的反向平行的螺旋水链{(H2O)4}∞。
6.目前见于文献报道的具有拓展结构的钨-氧簇合物大多是在水热条件下钨-氧簇通过有机配体或者过渡金属配合物碎片桥联而成的,且初始原料为六价的{WO4}2-化合物或缺位型的{Wn)簇合物。在本论文中,我们尝试用五价钨的化合物Na2[W2O4EDTA]·xH2O作为起始原料与Co(AC)2在溶液中反应,巧妙地将Keggin-构型的[H2W12O42]以过渡金属离子Co2+作桥连接形成一个二维层状化合物{[Co3(H2O)10][(H2Co2W12O42(H2O)10)]}∞·14H2O(VII),这也是首例由钨-氧簇[H2W12O42]单元仅通过过渡金属离子形成的具有二维结构的钨-氧簇化合物。
7.研究表明,簇基配体A2[W2O4EDTA](A=Na+,H+)与稀土离子M3+(一般为LnAC3、LnCl3或Ln2O3)在溶液或水热条件下的反应通常导致簇基配体的分解及金属钨(V)的氧化,未能形成所预期的簇基超分子杂化材料。