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摘 要

金属有机框架的诞生到各种新型材料的合成，使得MOF材料得到了快速的发展。然而含羧酸配体的金属有机框架因其具有不同的配位方式而形成不同的结构，受到人们的广泛研究。金属有机框架因其高孔隙率，相对表面积大，可控制设计的特点，在新型材料的加工和生产受到了广泛关注。发光MOF材料在复合材料中占有主要部分，并已成为化学研究中重要的热点之一。

本文以间苯二甲酸为配体和硝酸锌作为金属盐通过水热法成功的合成金属有机框架化合物Zn₂(IPA)₂（简称Zn-IPA），并通过晶体结构测定、X衍射仪确定单晶结构、元素分析等表征的方法，解析了Zn₂(IPA)₂的晶体结构，用偏光显微镜拍摄了晶体照片，并对其荧光性能进行了研究。分析结果表明Zn₂(IPA)₂为立方晶系，空间群为P4₁2₁2，Zn² 的配位数为四配位，其配位几何为正四面体型。Zn₂(IPA)₂的固体在室温下发射出青色的荧光。

关键词：金属有机框架；间苯二甲酸；六水合硝酸锌；荧光

Synthesis and Properties of Transition Metal(Zn² ) Complexes

Abstract

From the birth of metal organic framework to the synthesis of various new materials, MOF materials have developed rapidly. However, metal-organic frameworks frameworks containing carboxylic acid ligands have been widely studied because of their different coordination modes. Because of its high porosity, large relative surface area and controllable design, metal organic frame has been widely concerned in the processing and production of new materials. The luminescent MOFs materials play an important role in composite materials, and have become one of the most important focuses in chemical research.

In this paper, the metal-organic framework compound Zn₂(IPA)₂ was synthesized by hydrothermal method with isophthalic acid as ligand and zinc nitrate as metal salt. The crystal structure of Zn₂(IPA)₂ was analyzed by means of crystal structure determination, X-ray diffraction and element analysis. The crystal photos were taken by polarizing microscope and its fluorescence properties were studied. The results show that Zn₂(IPA)₂ is a cubic system, the space group is P4₁2₁2, the coordination number of Zn² is four coordination, and its coordination geometry is tetrahedral. The solid of Zn₂(IPA)₂ emits cyan fluorescence at room temperature.

Keywords: isophthalic acid; zinc nitrate hexahydrate; metal organic framework; fluorescence performance

目录

摘要 1

Abstract 2

第一章 前沿 1

1.1 配位聚合物材料简介 1

1.2 有机金属框架材料的结构 2

1.3 金属有机骨架材料的主要研究方向 2

1.3.1气体储存 2

1.3.2催化性能 2

1.3.3气体分离 3

1.3.4荧光发光 3

1.4 材料的合成 4

1.4.1 水热/溶剂热法 4

1.4.2扩散法 5

1.4.3电化学合成法 5

1.4.4其他合成方法 6

1.4.5合成材料的影响因素 6

1.5 金属离子和配体 6

1.5.1金属离子 6

1.5.2有机配体 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验试剂与仪器 8

2.2 合成过程 8

第三章 结果与讨论 9

3.1 Zn-IPA晶体结构的测定 9

3.2 晶体结构测定 10

3.3 Zn-IPA的X射线粉末衍射(PXRD) 12

3.4 Zn-IPA元素分析 12

3.5 Zn-IPA的光学照片 12

第四章 结论与展望 14

4.1 结论 14

4.2 展望 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 前沿

1.1 配位聚合物材料简介

近几年，以含羧酸配体合成的金属有机框架（MOFs）受到广泛的研究，因其具有灵活的配位方式而形成不同的结构。由于金属离子的选择和配位方式、有机配体的连接方式以及合成方法等因素对合成晶体的性质也有影响，可以合成各种符合其研究用途的含有的多配位有机配体的有机金属框架材料，表现出了MOFs材料在合成选择中的的灵活模式。金属有机骨架材料(MOFs)因其用途广泛并兼有有机,无机性质而在复合材料中脱颖而出，MOFs材料具有高孔隙率，相对表面积较大，可控制合成方向等特点，所以有很高的应用价值，表现出了巨大的潜力，受到了研究者的青睐。

MOFs材料自上世纪就被发现，但受理论和反应条件等因素的制约，相关研究一直没有突破，直到上世纪90年代末，美国的Yaghi研究组^[1]与日本的Kitagawa研究组^[2]才首次合成出多孔配位聚合物，产物孔结构稳定，从而在材料领域引起关注和研究。他们于1995年合成了首例以Co作为中心金属离子的金属有机框架材料。在1999年，Yaghi教授课题组在Science上报道了利用1.4-苯二甲酸作为配体首此合成了具有发光性能的三维MOFs材料，同时指出，有机金属骨架材料的孔道中存在活性金属位点，可以作为一种优良的荧光传感材料，开创了MOFs材料在荧光传感方面的应用，继其以后，Gandara等研究组使用对苯二甲酸及其衍生物合成了一系列具有三维开放骨架结构的化合物，并对其吸附性能进行了详细的研究。Volkringer等用羧酸类有机配体均苯四甲酸和苯六甲酸合成了多个金属有机框架结构。

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