具有共轭体系的四氮唑功能配位聚合物的构筑和性能研究

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配位聚合物具有奇特多变的结构及其在发光、磁性、吸附、分离、催化、非线性光学和分子识别等方面具有诱人的应用前景,成为化学和材料交叉学科领域的研究前沿和热点。利用晶体工程的方法,选用具有特殊功能的有机配体和金属离子进行有目的、可控性地组装结构新颖和性能良好的配位聚合物是近年来配位化学研究的重要手段。四氮唑类配体因具有可修饰性和灵活多变的配位模式,以及其配合物所表现出的结构多样性和优异性能而引起化学家和材料学家的极大兴趣。本论文研究工作主要以设计合成具有共轭体系的四氮唑配合物为目标,采用水热(溶剂热)合成方法,构筑了一系列结构新颖的过渡和稀土金属的配位聚合物,并对其晶体结构、光致发光、磁性和热稳定性等进行了深入的探讨和总结。  本文的工作概述如下:  1.介绍了本论文研究工作的相关背景,系统地介绍了近年来四氮唑配合物的研究进展及主要成果,阐述了本论文的选题依据、目的和意义。  2.利用原位反应生成配体的方法合成了4例3-(1H-四唑基)苯甲醛(3-Htzbd)和4例4-(1H-四唑基)苯甲醛(4-Htzbd)的化合物:[Zn(3-tzbd)2]n·nH2O(1),[Zn2(3-tzbd)2(OH)2(4,4-bipy)]n·nH2O(2),[Zn2(3-tzbd)3(N3)(4,4-bipy)2]n·nH2O(3)和Zn2(3-tzbd)4(phen)2(4),4-Htzbd·H2O(5),[Zn(4-tzbd)(OH)]n(6),[Zn2(4-tzbd)4(1,10-phen)2](7),[Zn4(4-tzbd)2(N3)6(1,10-phen)4](8),其中,3-(1H-四唑基)苯甲醛的金属配合物还未见报道。结构分析发现此类配体极易与金属中心桥联生成基本的双核单元(化合物4和7),再通过双核基本构筑单元互相链接生成四核(化合物8)、一维(化合物3)或二维(化合物1、2和6)的结构。化合物4是首例报道的四支撑的三重梯子状一维结构化合物。在4-Htzbd固态配体中,发现了罕见的室温下纯有机配体的磷光发射和光可调发光行为,并且光可调的能力和发光效率在化合物8中得到进一步提高,实现了单一的近白光发射,这种功能发光配体的发现为磷光和白光材料的设计合成提供一种新的策略。  3.设计合成了具有大共轭体系的新四氮唑-5-羧酸双功能配体4-(1H-四唑基)-联苯基-3-羧酸(4-H2tbca),并构筑了过渡金属、稀土金属和过渡-稀土异核金属的配合物:化合物[Zn(4-tbca)]n(9),4-H2tbca(10),Cd(4-tbca)(H2O)3]n·nH2O(11),Eu(4H-tbca)3(H2O)2·6H2O(12),Ln4(4-Htbca)4(4-tbca)4(H2O)16·6H2O(Ln=Eu(13),Tb(14), Dy(15)),{[LnOH(H2O)6][Zn2Ln4(4-Htbca)2(4-tbca)8(H2O)12]}n·6nH2O(Ln=Eu(16),Tb(17)).其中化合物9是呈现出四连接单节点的类金刚石三维拓扑结构,同晶异质的化合物16和19是现出3,6-连接的kgd二维拓扑结构,结构中存在着被水合稀土离子和结晶水占据的的一维孔道。光致发光性能测试表明,在化合物12、13、14和17中,除了存在稀土的特征发射外,还具有较强的基于的蓝光发射。化合物16和17的的同晶异质结构为一系列具有三基色光发射的Eu3+掺杂的化合物17的设计合成提供了可能,通过优化掺杂比例得到了具有白光发射的目标化合物,该化合物具有显示指数高和相关色温适宜等特点。这种掺杂的策略可以应用到不同稀土金属混合/掺杂的配位聚合物的设计合成。  4.选取了具有多功能基团的5-(2-羧基-3-(1H-四唑基)苯氧基)间苯二甲酸(5-H4tzpa)作为配体,设计合成系列同晶异质的稀土金属配位聚合物:{[Ln(5-Htzpa)(H2O)3]·(H2O)}n(Ln=La(18),Pr(19),Nd(20),Eu(21),Dy(22)。光致发光性能测试表明,化合物22除了含有Dy(Ⅲ)的特征发射外,在特定波长的激发光下,还具有较强的基于配体的荧光发射。磁性研究发现,5-Htzpa3-配体可作为良好的磁性耦合的中间体。  本论文系统地研究了具有芳香共轭体系的四氮唑配合物合成、结构与性能的关系,得到了一系列有价值的成果,丰富了四氮唑配合物功能材料的研究内容,对指导基础研究和应用研究都有重要的科学意义。  
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