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摘 要

随着社会技术的发展，金属-有机框架材料（MOFs）已经成为一项炙手可热的研究领域。于此同时，这种新型材料的应用领域也在不断的拓展。本课题研究的Eu³ 与1,4-苯二甲酸配合物是一种MOFs材料。本课题通过控制不同的反应条件合成了几组配合物，采用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、显微镜等方式对所合成的配合物进行简单的结构表征，并通过荧光光谱对材料的发光性质进行表征。最后，对所合成MOFs材料进行了简单的应用探究，实验发现金属铜离子对材料的发光有影响。

关键词：金属-有机框架材料 稀土离子 发光

AbSTRACT

As the development of social technology, metal-organic framework materials (MOFs) have become a hot research field. At the same time, the application field of this new material is expanding. The Eu³ plus and 1,4-benzoic acid compounds studied in this topic are a MOFs material. This topic synthesizes several groups of mates by controlling different reaction conditions, uses X-ray diffraction, Fourier infrared spectroscopy, microscope and other means to make simple structural representation of the synthetic mate, and characterizes the luminescence properties of the material by fluorescence spectrum. Finally, a simple application of the synthetic material was carried out, and the experiment found that the metal copper ion had an effect on the luminosity of the material.

Keywords: Metal-organic frame materials rare earth ion light emitting

目录

摘要 I

AbSTRACT II

目录 I

第一章 前言 1

1.1稀土元素 1

1.1.1概述 1

1.1.2稀土元素 1

1.2 配体 2

1.2.1有机羧酸 2

1.2.2 β-二酮类衍生物 3

1.3 MOFs 3

1.3.1简介 3

1.3.2 MOFs的发光原理^[10] 4

1.3.2.1 配体致发光 4

1.3.2.2 镧系金属离子致光 5

1.3.2.3 电荷转移致光 5

1.3.3 MOFs的合成方法 5

1.3.3.1水热法与溶剂热法 5

1.3.3.2 溶胶-凝胶法 6

1.3.3.3 超声化学法 6

1.3.4 影响配位聚合物（MOFs）结构的因素 6

1.3.5 MOFs的应用 7

1.3.5.1作为发光器件 7

1.3.5.2 作为化学传感器 7

1.3.5.3 用于生物医学 8

1.3.5.4催化去除环境污染物 8

1.4 Eu³ 与1,4-苯二甲酸配体配位物的制备的研究目的和意义 8

第二章 实验 10

2.1实验主要试剂及仪器 10

2.1.1 实验所用到的试剂 10

2.1.2 实验所用到的仪器设备 10

2.2试验方法 11

2.2.1.合成方法一 11

2.2..2合成方法二 11

2.3产物的表征方法 11

2.3.1含量分析 11

2.3.2 形态结构表征 12

第三章 实验结果与讨论 13

3.1 配合物中稀土离子含量分析 13

3.2 X射线衍射分析（XRD）与显微镜 14

3.3 荧光光谱特征 15

3.4红外光谱 15

3.5 配合物的简单应用 16

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 前言

1.1稀土元素

1.1.1概述

几十年来，无机-有机材料因其结构多样、可调制以及功能多样等特性而被广泛的探究和应用。在这类材料中，可发光的金属-有机骨架材料在照明、显示、生物功能材料、化学传感和光学设备领域具有极大应用潜力。长期以来，稀土元素独具特点的发光性能吸引着无数科研工作者的目光，而发光也是人们首先深入探究，这一特性在实际中也有应用。当前，依据稀土元素的特性设计出多种多样发光材料。于此同时，因稀土MOFs不仅有其本身的特性而且参与合成配合物的有机配体也具有自身的发光特性，故而能够构造出不同结构特征的MOF材料，以此增加了MOFs材料的发光形式以及对这种材料的可调性，在发光元件、防伪显示、传感方面吸引了大批探索者在科研的道路上不断前行。

1.1.2稀土元素

稀土元素中的镧系元素在某些方面有着比过渡金属元素更加优越的特点，例如例如稀土元素离子半径大且具有特殊电子层结构，所以常用作发光材料的主要基质。整个过程涉及多个能级^[1]和多达上万个的不同跃迁通道，因此产生各种各样的辐射吸收或发射，使其拥有几乎涵盖了所有固体发光的优异性能。

对镧系MOFs来说，由于稀土离子多为三价，因而该稀土离子.的电子层 f-f 电子跃迁.是禁阻的^[2]，因此造成了该稀土离子不仅在可见光区而摩尔吸收系数低，而且在紫外光区.的摩尔吸收系数也是同样不高，根据这一特性得出，直.接激发是无效的。为了克服这个问题，可通过参与能量转化的.耦合配体来解决^[3]，最终期望达到高效稀土离子的光致发光，这个过程称为 “天线效应”。

1.2 配体

事实上，稀土元素本身发光强度较低，所以通常我们选用具备“天线效应”的一些配体与稀土离子进行配位合成配合物，这是由于一些配体与金属离子之间的分子内能量的转移能够达到增强发光的目的。目前关于稀土MOF的研究中，有机羧酸类和β－二酮类较为常用。

1.2.1有机羧酸

有机羧酸配位模式多样，桥联能力强。羧基中的氧原子与金属离子能够合成出多种不同结构的聚合物，并且所合成的聚合物它的性质也大相径庭。另外，羧酸还可以提供氢键.的给体或受体用于配合物的合成，这是由于去质子化或.配位程度的不同。有了这些条件，羧基和金属离子之间是可以进行分子间的自行组装的^[4]。故而，合成的配合物的结构将有很大的发展空间，以此构筑不同的种类的稀土配合物。有机羧酸配体分为一元羧酸配体、二元羧酸配体^[5]等。

其中以芳香羧酸类配体最为特别并且研究广泛。因这种配体具有较为刚性的骨架结构--苯环，所以这种有机配体与金属离子合成的配位聚合物不仅有稳定的物理结构而且还有更广泛的功能性，利于实际应用的扩展。基于此，二元羧酸类稀土配合物，不仅具有两个羧基的有机配体，而且具有刚性结构，常常用于金属有机拓扑结构的设计和预测所得配合物的构型和可能的性质，如苯二酸类、.吡啶二酸类、.丁二酸类等。

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