芘四羧酸的金属有机骨架材料的制备与表征(附件)【字数：9713】
摘 要摘 要最近十几年来，光功能金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）材料引起了科学家浓厚的兴趣。具有良好发光功能的 MOFs 材料在制备发光材料、药物应用、气体吸收等领域具有非常广阔的应用前景，在本课题中，我们首先合成了配体1,3,6,8-四（4-羧基苯基）芘（Tbapy），并对它们进行质谱，核磁以及荧光性能测试。然后以 Tbapy为主要配体，与金属离子Mg2+通过溶剂热法进行合成反应，制备得到一个稳定发光的Mg-MOF材料，通过单晶结构测试，确定MOF材料的结构。荧光测试结果进一步表明，该MOFs材料可以发蓝光，其最大激发波长为465 nm，最大发射波长为487 nm。关键词金属有机骨架；1,3,6,8-四（苯甲酸）芘（Tbapy）；荧光
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 MOFs的介绍 1
1.2 MOFs的合成 1
1.3 MOFs的结构 2
1.4 基于MOF结构的应用 4
1.4.1 MOF用于去除水污染物 4
1.4.2 MOFs材料用于气体的吸附 8
1.4.3 MOFs的磁性应用 9
1.5 课题研究的内容 10
第二章 实验部分 12
2.1 主要实验仪器 12
2.2 主要实验试剂 12
2.3 分析测试条件 13
第三章 有机配体tbapy的合成及表征 15
3.1 配体的制备方法 15
3.2 配体的表征 16
第四章 MOF的合成及表征 18
4.1 MOF的合成 18
4.2 MOF的表征 18
4.2.1 配合物MOF的粉末单晶衍射（PXRD） 18
4.2.2 配合物MOF的热重分析 19
4.2.3 配合物MOF的晶体结构 20
4.2.4 配合物MOF的荧光性能 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪 论
1.1 MOFs的介绍
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
金属有机骨架（MOFs）的化合物应用广泛，已经发展成为材料化学研究的重要领域。通过金属离子的配位方式和有机配体的组合，制备了MOFs的多维无限结构[1]。将超分子化学的有关原理，可通过合理设计而应用于MOF的组装中。MOFs结构中许多组分的组合，在金属离子的具体配位要求和金属离子半径等因素影响下，产生了立体化学问题。在某些情况下，通过使用离子半径较大的金属，如稀土元素来调节，这使得有些问题变得难以解决[2]。尽管存在这些制约因素，但是关于MOF的研究正在不断增加。我们有理由相信，MOF材料有更广泛的未来。
从结构上看，除了一些结构高度有序的稳定MOF材料，许多的MOF具有复杂的连接性。这推动了人们将其视为基于网络的拓扑的认识。形貌特征被用于硅铝酸盐沸石和相关材料的复杂结构的理解[3]。通常，在这种方法中，通过考虑定义二维层的连接性来简化复杂结构。这些层又可以被描述为由六边形，正方形，三角形等衍生的网络拓扑[4]。实际上，这种方法对于描述和理解许多MOF结构大有裨益。
人们对于MOF材料的兴趣在于它们容易制备并具有与铝硅酸盐沸石相当的结构[5]。此外，有机部分可以具有手性中心并赋予MOF结构手性，为框架提供功能性。结构优势对于实现MOFs材料中的许多潜在功能很重要。由于结构的开放性，MOF具有良好的吸附能力，MOF结构中配位不饱和金属中心的存在也可为许多重要反应提供理想的反应位点（催化剂）[6]。在MOFs材料中可以观察到有趣的光学行为，因为有机部分可以通过光学手段激发，以此将能量转移到金属中心。对于使用镧系元素离子制备的化合物尤其如此。因此，MOFs材料不仅具有有趣的结构，而且还展示了可以修饰以适应要求。
因此，作为一类先进的多孔材料，MOFs已经成为科学研究的热门课题。
1.2 MOFs的合成
合成是任何实验研究的重要组成部分。金属有机骨架的制备过程中的困难是相当大的。在这里，我们介绍一些特定的方法。MOFs材料的大多数的合成是用水解/溶剂热路线。正如前面提到的，自组装的原则已被广泛用于MOFs材料的准备工作。在合成中的影响因素中，时间和温度的作用是非常重要的。温度的作用已被许多研究者研究。实验证明反应温度的升高的确会引起化合物MOM簇脱水[7]。这些结果显示，所合成的MOFs材料，其作为温度的函数可能是热力学控制的。传统框架化合物的形成：诸如铝硅酸盐和磷酸铝是由反应动力学控制，反应时间与温度的函数，人们对此进行了研究[8]。这种性质的研究，虽然不是很多，但很明显的指出了在MOFs材料的形成过程中，动力学和热力学参数之间微妙竞争关系。从有效的数据中，很明显看出需要进一步的研究以了解化合物的制备过程中动力学和热力学参数的相对重要性。
目前，在改善合成MOF的水解/溶剂热法中，已经有了一些合理的尝试。其中，微波辅助合成、液—液界面的方法、电化学途径、超声波化学和机械化学法等都很重要。许多低温（T <100?C）MOF材料，是采用简单而行之有效的方法制备的，如：(ⅰ）缓慢蒸发，（ii）在反应混合物中使用低沸点有机溶剂等。合成MOF的一个重要的最新进展是使用高通量（HT）方法[8]。事实上，HT筛选似乎是在短时间内发现大量化合物的简单而便捷的途径。这种方法广泛用于筛选许多沸石咪唑类骨架（ZIF），并取得巨大成功。
1.3 MOFs的结构
结构是材料化学中的一个重要方面。金属有机骨架的结构决定了它的性质，这可以用于许多重要的应用。有人建议，可以通过仔细设计参与的配体来控制特定结构的形成，但实际上并不是很容易。Yaghi等根据沸石中的SiOSi角与咪唑中NCN角之间的密切相似性制备了许多沸石状咪唑化合物框架（ZIF）[9]。ZIF的制备可以认为是设计的合成方法的成功应用。参与有机官能团的协调模式的变化以及中心金属离子的协调几何偏好使得难以预测MOFs的最终结构，尽管存在这些困难，但是在确定MOF内重要的无机结构方面，目前已经取得了相当大的进展。在这里，我们提供了MOF结构重要的例子。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 MOFs的介绍 1
1.2 MOFs的合成 1
1.3 MOFs的结构 2
1.4 基于MOF结构的应用 4
1.4.1 MOF用于去除水污染物 4
1.4.2 MOFs材料用于气体的吸附 8
1.4.3 MOFs的磁性应用 9
1.5 课题研究的内容 10
第二章 实验部分 12
2.1 主要实验仪器 12
2.2 主要实验试剂 12
2.3 分析测试条件 13
第三章 有机配体tbapy的合成及表征 15
3.1 配体的制备方法 15
3.2 配体的表征 16
第四章 MOF的合成及表征 18
4.1 MOF的合成 18
4.2 MOF的表征 18
4.2.1 配合物MOF的粉末单晶衍射（PXRD） 18
4.2.2 配合物MOF的热重分析 19
4.2.3 配合物MOF的晶体结构 20
4.2.4 配合物MOF的荧光性能 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪 论
1.1 MOFs的介绍
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
金属有机骨架（MOFs）的化合物应用广泛，已经发展成为材料化学研究的重要领域。通过金属离子的配位方式和有机配体的组合，制备了MOFs的多维无限结构[1]。将超分子化学的有关原理，可通过合理设计而应用于MOF的组装中。MOFs结构中许多组分的组合，在金属离子的具体配位要求和金属离子半径等因素影响下，产生了立体化学问题。在某些情况下，通过使用离子半径较大的金属，如稀土元素来调节，这使得有些问题变得难以解决[2]。尽管存在这些制约因素，但是关于MOF的研究正在不断增加。我们有理由相信，MOF材料有更广泛的未来。
从结构上看，除了一些结构高度有序的稳定MOF材料，许多的MOF具有复杂的连接性。这推动了人们将其视为基于网络的拓扑的认识。形貌特征被用于硅铝酸盐沸石和相关材料的复杂结构的理解[3]。通常，在这种方法中，通过考虑定义二维层的连接性来简化复杂结构。这些层又可以被描述为由六边形，正方形，三角形等衍生的网络拓扑[4]。实际上，这种方法对于描述和理解许多MOF结构大有裨益。
人们对于MOF材料的兴趣在于它们容易制备并具有与铝硅酸盐沸石相当的结构[5]。此外，有机部分可以具有手性中心并赋予MOF结构手性，为框架提供功能性。结构优势对于实现MOFs材料中的许多潜在功能很重要。由于结构的开放性，MOF具有良好的吸附能力，MOF结构中配位不饱和金属中心的存在也可为许多重要反应提供理想的反应位点（催化剂）[6]。在MOFs材料中可以观察到有趣的光学行为，因为有机部分可以通过光学手段激发，以此将能量转移到金属中心。对于使用镧系元素离子制备的化合物尤其如此。因此，MOFs材料不仅具有有趣的结构，而且还展示了可以修饰以适应要求。
因此，作为一类先进的多孔材料，MOFs已经成为科学研究的热门课题。
1.2 MOFs的合成
合成是任何实验研究的重要组成部分。金属有机骨架的制备过程中的困难是相当大的。在这里，我们介绍一些特定的方法。MOFs材料的大多数的合成是用水解/溶剂热路线。正如前面提到的，自组装的原则已被广泛用于MOFs材料的准备工作。在合成中的影响因素中，时间和温度的作用是非常重要的。温度的作用已被许多研究者研究。实验证明反应温度的升高的确会引起化合物MOM簇脱水[7]。这些结果显示，所合成的MOFs材料，其作为温度的函数可能是热力学控制的。传统框架化合物的形成：诸如铝硅酸盐和磷酸铝是由反应动力学控制，反应时间与温度的函数，人们对此进行了研究[8]。这种性质的研究，虽然不是很多，但很明显的指出了在MOFs材料的形成过程中，动力学和热力学参数之间微妙竞争关系。从有效的数据中，很明显看出需要进一步的研究以了解化合物的制备过程中动力学和热力学参数的相对重要性。
目前，在改善合成MOF的水解/溶剂热法中，已经有了一些合理的尝试。其中，微波辅助合成、液—液界面的方法、电化学途径、超声波化学和机械化学法等都很重要。许多低温（T <100?C）MOF材料，是采用简单而行之有效的方法制备的，如：(ⅰ）缓慢蒸发，（ii）在反应混合物中使用低沸点有机溶剂等。合成MOF的一个重要的最新进展是使用高通量（HT）方法[8]。事实上，HT筛选似乎是在短时间内发现大量化合物的简单而便捷的途径。这种方法广泛用于筛选许多沸石咪唑类骨架（ZIF），并取得巨大成功。
1.3 MOFs的结构
结构是材料化学中的一个重要方面。金属有机骨架的结构决定了它的性质，这可以用于许多重要的应用。有人建议，可以通过仔细设计参与的配体来控制特定结构的形成，但实际上并不是很容易。Yaghi等根据沸石中的SiOSi角与咪唑中NCN角之间的密切相似性制备了许多沸石状咪唑化合物框架（ZIF）[9]。ZIF的制备可以认为是设计的合成方法的成功应用。参与有机官能团的协调模式的变化以及中心金属离子的协调几何偏好使得难以预测MOFs的最终结构，尽管存在这些困难，但是在确定MOF内重要的无机结构方面，目前已经取得了相当大的进展。在这里，我们提供了MOF结构重要的例子。
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