基于金属有机多面体的杂化材料的合成文献综述
2020-04-13 13:43:29
1.前言 金属有机材料(Metal-organic Materials, MOMs), 也称为有机无机杂化材料,由无机金属部分与有机配体在一定条件下通过自组装的方式相互连接而成的结构丰富多样、高度归整且具有一定周期性的晶态材料[1]。
MOMs 是多种不同结构的晶态材料的集合,其中包括结构分立的晶态材料,如金属有机多面体分子(Metal-organic Polyhedra, MOPs)、纳米球以及多边形分子(Metal-organic Polygons)等一些零维的寡聚物;也包括具有聚合结构的晶态材料,如配位聚合物(Coordination Polymers, CPs)包含一维的链、带和梯形聚合物,二维的层状聚合物以及三维的金属有机骨架聚合物(Metal-organic Framworks, MOFs)[2]。
相较于聚合性的金属有机骨架材料,离散型的金属有机多面体分子之所以能引起化学家、物理学家以及材料科学家们的研究兴趣,一方面在于它不仅集有机复合高分子聚合物和传统无机沸石类聚合物的特点于一身,而且合成条件相对比较温和[3]。
有机分子主要对骨架的形状(如配体的配位角度)、大小(如配体的张力)以及功能性(如配体的修饰性)等性质进行调节;无机金属则使得材料具有一些类似于传统分子筛的性质,包括热稳定性、机械稳定性、光学、电学和磁学等物理化学性质[4]。
另一方面,MOPs 可以借助超分子建筑块(Supramolecular Building Blocks, SBBs)为结构基元有目的的设计合成具有特定拓扑的目标结构。
这是固态材料的惯用合成策略,人们通常会根据需要选取具有特定几何结构的金属离子、金属簇合物及有机配体,通过原位反应定向自组装形成具有我们所期望的特定功能的材料[5]。
这种合成策略有两个特点:①分子建筑块的原位合成为晶体材料的形成提供了新的方法,使得我们能较为容易的获得通过配体与特定氧化态的过渡金属离子难以直接得到或根本无法获得的晶体材料;②在分子建筑块的原位形成过程中经常会出现一些意想不到的中间产物或者副产物,这些产物使得反应的热力学因素和非平衡态晶化环境发生些许变化从而产生新的晶体材料。
功能性 MOPs 的设计与合成不仅取决于分子建筑块的选用,同时也依赖于适宜的合成条件[6]。
特定分子建筑块的合成是比较复杂与耗时的,而且有机配体与过渡金属离子的自组装过程对各种合成条件都比较敏感。
大量的 MOPs 都是在对溶剂、PH 值、反离子、温度以及压力等反应条件进行精细的选择与调控后形成的。
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