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配体分子或者离子与金属离子之间,通过配位键组装成具有高度规整的无限网络结构和物理化学性质的金属-有机框架化合物是当今无机化学研究的热点之一。金属-有机框架一方面与材料科学相结合,作为类分子筛,磁性材料,光学材料等功能材料,在吸附、催化、磁性、非线性、荧光方面有良好的应用前景。迄今为止,大多数的金属-有机框架化合物是通过有机羧酸配体与金属离子构筑得到了。所以,新型羧酸配体的设计和合成就显得非常重要。此外,虽然MOFs化合物在气体存储和分离,以及催化等方面表现出了极具实用价值,但是常规的基于溶液的制备MOFs方法,在制备量和制备效率上都很难和MOFs的大规模的工业应用相匹配,所以一种高效、大量、快速制备MOFs的方法尤为重要。相较而言,机械化学法合成MOFs可以满足上述的要求。基于上述两点,我们开展了以下两个方面的工作。
第一,设计、合成了六个羧酸类配体:四足tetrakis[3-(carboxyphenyl)oxamethyl]methane acid(H4L1),三足2,4,6-tris[(3-carboxyphenoxy)methyl]-1,3,5-trimethylbenzene acid(H3L2),不对称三酸N-(3-carboxyphenyl)iminodiacetic acid(H3L3),刚性三足配体4-(4-Carboxyphenyl)-4,4:6,4"-terpyridine acid(HL4),二酸配体(E)-1-P-carboxylphenylimino-2-p-carboxyliphenyl-isoindoline acid(H2L5)和带有长链的柔性三酸2,2,2"-[1,3.5-triazine-2,4,6-triyltris(thio)]tris-propanoic acid(H3L6)。我们利用这六个合成得到的配体和5-氨基间苯二甲酸与金属离子自组装,总共得到了相应的七个金属配合物,其中配体H3L2与Mn(Ⅱ)自组装成了具有孔道结构的化合物[Mn3(L2)2(H2O)3]n(2),配体HL4和对苯二甲酸与Ni(Ⅱ)自组装形成了具有中空笼状的化合物[Ni2(L4)2(BDC)2(H2O)2]n(4)。此外,利用水热法合成得到了均苯三甲酸异多核稀土化合物:异双核[EuTb(BTC)2]n,[TbDy(BTC)2]n,[SmTb(BTC)2]n;异三核[NdEuTb(BTC)3]n,[EuTbEr(BTC)3]n,[EuTbYb(BTC)3]n;异五核[NdEuTbErYb(BTC)5]n,并初步研究了它们的荧光性质。
第二,我们利用机械化学法,球磨均苯三甲酸和醋酸铜成功得到了微孔-介孔HKUST-1。球磨稀土碳酸盐和均苯三甲酸,得到了七个微孔单核化合物[RE(BTC)]n,四个微孔异双核化合物([SmGd(BTC)2]n,[EuGd(BTC)2]n,[TbGd(BTC)2]n,[DyGd(BTC)2]n),七个微孔不同Eu/Tb比例的异双核化合物[EuxGd1-x(BTC)]n(x=0,0.100,0.165,0.250,0.500,0.750,0.835,0.900,1.000)。此外,当球磨咪唑及其衍生物与锌的化合物,得到了包括ZIF-6,-7和-8在内的四个ZIFs化合物。分别球磨异烟酸和氧化锌,异烟酸和氧化镉,我们得到了一个非心的金刚石结构的化合物[Zn(INA)2]n,和一个中心金刚石拓扑结构的化合物[Cd(INA)2]n。