三苯胺芳羧酸的mof材料的制备和表征(附件)【字数：10236】
摘 要摘 要近年来，关于发光金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）材料的研究逐渐增多。由于MOFs材料具有结构可调和良好的发光性能，所以在发光器件方面具有潜在的应用前景。在本课题研究中，为了制备新型发光MOFs材料，首先合成了有机配体三[（4-羧基苯基）苯基]胺(Tcbpa），并对其进行质谱、核磁等表征。然后以三[（4-羧基苯基）苯基]胺为主要配体，与过渡金属离子Cd2+ 通过溶剂热法进行自组装，得到具有良好发光效应的MOFs材料Cd-tcbpa。单晶结构测试结果表明该MOFs材料里的镉原子主要采用六配位模式，形成四重穿插的三维框架配合物。荧光测试结果表明配合物的荧光介于蓝光和绿光之间，其最大激发波长为440 nm，最大发射波长为488 nm。关键词金属有机骨架材料；三[（4-羧基苯基）苯基]胺（Tcbpa）；发光
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 MOFs的介绍 1
1.2 MOFs的结构 2
1.3 MOFs的设计与合成 2
1.3.1 MOFs的设计 2
1.3.2 MOFs的合成 6
1.3.3 影响MOFs合成的主要因素 8
1.4 基于MOFs结构的属性及应用 9
1.4.1 MOFs作为发光器件和传感器 10
1.4.2 MOFs材料储气 11
1.4.3 MOFs作为磁性分子材料 12
1.4.4 MOFs用于药物传输 12
1.4.5 MOFs作为催化剂 13
1.5 本文主要研究内容 13
第二章 实验部分 15
2.1 主要实验仪器 15
2.2 主要实验试剂 15
2.3 分析测试条件 15
第三章 有机配体Tcbpa的合成及表征 17
3.1 配体的制备方法 17
3.2 配体的表征 18
第四章 MOFs的合成及表征 20
4.1 MOFs的合成 20
4.2 MOFs的表征 21
4.2.1 配合物MOFs的晶体结构 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.2.2 配合物MOFs的粉末单晶衍射（PXRD） 23
4.2.3 配合物MOFs的热重分析 24
4.2.4 配合物MOFs的荧光性能 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
第一章 绪 论
1.1 MOFs的介绍
MOFs（英文名称Metal organic Framework）是基于配位化学理论发展起来的金属有机骨架化合物。MOFs由金属离子/簇和有机配体构成，已经成为应用广泛的高孔隙率结晶材料，金属有机骨架（MOFs）已经发展成为无机化学研究领域的重要角色。 由于2000年以来所取得的进展，吸引了来自其他学科的研究人员积极探索这一领域， 不同领域的科学协同合作，为金属有机骨架化学的研究和发展提供了巨大的方便。 MOFs是具有许多优点的材料，包括合成的便利性以及在催化、吸附、分离、发光、生物活性、磁性等方面的优越性质，其最大的比表面积超过了6000 m2/g，易于合成广泛适用于物理和化学应用的特性材料，这些显著特征促成了许多新型多孔材料的开发研究。
基于金属有机骨架（MOFs）的化合物已经发展成为材料化学研究的重要领域。通过金属离子的几何偏好和功能有机配体的仔细组合，形成了MOFs的多维无限结构。因为金属离子（或簇）与有机分子（或配体）通过协调连接成MOFs中的二维（2D）或三维（3D）多孔网络，而桥连配体可以是无机或有机的，所以MOFs可以具有无机和有机材料的优点，但它们比单独由碳碳和金属氧化物键组成的碳材料的物理和化学稳定性高。众所周知，金属离子（或簇）和有机桥连配体在配位行为和几何形状上是多样化的，而且金属离子（或簇）和有机配体的组合方式几乎是无限的，因此，已经合成得到了大量具有不同功能的MOFs，例如气体吸附、分离、感测、催化和发光性能。 MOFs由于其独特的组成和结构，如高周期结、高孔隙度、特殊和可修正的孔表面以及框架灵活性，这些独特的组成和结构促成了一些重要的功能。MOFs的3D周期性和结晶度有利于其结构的确定，特别是单晶X射线衍射，这对于充分了解结构 性质关系和更好地设计新材料是至关重要的。通过使用合适的骨架结构和有机配体可以合理地实现MOFs的高孔隙度，这对于分子的吸收、储存、催化等是十分重要的[1]。MOFs的孔表面由无机部分和有机配体的各种官能团组成，它可以很容易地定制，以满足特定的性质或功能，例如选择性吸附、分离和感测。与传统的沸石和其他无机多孔材料相比，MOFs非常独特，因为它们具有高度灵活的主体骨架结构，对于具有特殊吸附、储存、分离和感应特性的智能材料来说，这些结构非常有用[26]。
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的结构
MOFs材料的主体结构是由次级结构单元（Secondary Building Unit，SBU）与有机配体之间的相互连接来构筑的。通常，金属有机骨架（MOFs）是高度多孔的（高达90％的自由体积），具有大的内表面积（高达6000 m2∕g）的结晶和热稳定材料。由于MOFs是由无机金属和有机配体组成的混合材料，因此可以使用合理的设计来预测其构建的可能性。这些材料可以通过使用各种金属离子（如Al，Zr，Cr，Fe，Ni，Cu，Zn等）和有机配体（即聚碳酸酯，磺酸盐，膦酸盐，咪唑盐，吡啶等）制备得到[79]。可以通过选择适当的金属离子和反应条件，原位建立各种二次建筑单元（SBU）（如四面体，八面体，立方，菱形十二面体等）。此外，仔细选择有机配体对合成具有大孔隙的MOFs材料提供了方便。
MOFs材料的一个有趣的特征是金属离子、有机配体或合成条件的微小变化可导致结构特性（如拓扑、腔体尺寸等）的显著变化。在应用的角度来看，具有空隙空间的较大空腔非常适用于储存气体和液体，也适用于通过主客体相互作用分离和催化。此外，这些材料的热稳定性和化学稳定性对于在空腔内进行的反应和可回收性至关重要[1011]。除了这些特征之外，关于MOFs材料的一个严重问题是框架活化时的稳定性，因此需要在合成时从MOFs的空腔中除去溶剂分子或试剂，形成真空状态。所以，在这些情况下，必须在MOFs活化中应用超临界干燥等特殊技术。在一些MOFs中，这种活化形式可以保留框架几何结构，并产生空白配位点，以激活催化作用。
1.3 MOFs的设计与合成
1.3.1 MOFs的设计
MOFs材料可以通过将金属离子或金属氧化物和多孔有机支配体连接在一起来制备。具有不同功能特性的有机配体，如多齿芳族羧酸盐（图11），已被用于开发新的MOFs。类似地，如图12所示，过渡金属离子的配位几何形状在指导其结构框架方面是至关重要的。使用金属离子和配体的选择最终决定了获得的空间网络类型。图13描述了金属和有机连配体形成的MOFs， OeKeeffe和 Yaghi广泛展开了解MOFs设计背后的基本原理[12]。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 MOFs的介绍 1
1.2 MOFs的结构 2
1.3 MOFs的设计与合成 2
1.3.1 MOFs的设计 2
1.3.2 MOFs的合成 6
1.3.3 影响MOFs合成的主要因素 8
1.4 基于MOFs结构的属性及应用 9
1.4.1 MOFs作为发光器件和传感器 10
1.4.2 MOFs材料储气 11
1.4.3 MOFs作为磁性分子材料 12
1.4.4 MOFs用于药物传输 12
1.4.5 MOFs作为催化剂 13
1.5 本文主要研究内容 13
第二章 实验部分 15
2.1 主要实验仪器 15
2.2 主要实验试剂 15
2.3 分析测试条件 15
第三章 有机配体Tcbpa的合成及表征 17
3.1 配体的制备方法 17
3.2 配体的表征 18
第四章 MOFs的合成及表征 20
4.1 MOFs的合成 20
4.2 MOFs的表征 21
4.2.1 配合物MOFs的晶体结构 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.2.2 配合物MOFs的粉末单晶衍射（PXRD） 23
4.2.3 配合物MOFs的热重分析 24
4.2.4 配合物MOFs的荧光性能 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
第一章 绪 论
1.1 MOFs的介绍
MOFs（英文名称Metal organic Framework）是基于配位化学理论发展起来的金属有机骨架化合物。MOFs由金属离子/簇和有机配体构成，已经成为应用广泛的高孔隙率结晶材料，金属有机骨架（MOFs）已经发展成为无机化学研究领域的重要角色。 由于2000年以来所取得的进展，吸引了来自其他学科的研究人员积极探索这一领域， 不同领域的科学协同合作，为金属有机骨架化学的研究和发展提供了巨大的方便。 MOFs是具有许多优点的材料，包括合成的便利性以及在催化、吸附、分离、发光、生物活性、磁性等方面的优越性质，其最大的比表面积超过了6000 m2/g，易于合成广泛适用于物理和化学应用的特性材料，这些显著特征促成了许多新型多孔材料的开发研究。
基于金属有机骨架（MOFs）的化合物已经发展成为材料化学研究的重要领域。通过金属离子的几何偏好和功能有机配体的仔细组合，形成了MOFs的多维无限结构。因为金属离子（或簇）与有机分子（或配体）通过协调连接成MOFs中的二维（2D）或三维（3D）多孔网络，而桥连配体可以是无机或有机的，所以MOFs可以具有无机和有机材料的优点，但它们比单独由碳碳和金属氧化物键组成的碳材料的物理和化学稳定性高。众所周知，金属离子（或簇）和有机桥连配体在配位行为和几何形状上是多样化的，而且金属离子（或簇）和有机配体的组合方式几乎是无限的，因此，已经合成得到了大量具有不同功能的MOFs，例如气体吸附、分离、感测、催化和发光性能。 MOFs由于其独特的组成和结构，如高周期结、高孔隙度、特殊和可修正的孔表面以及框架灵活性，这些独特的组成和结构促成了一些重要的功能。MOFs的3D周期性和结晶度有利于其结构的确定，特别是单晶X射线衍射，这对于充分了解结构 性质关系和更好地设计新材料是至关重要的。通过使用合适的骨架结构和有机配体可以合理地实现MOFs的高孔隙度，这对于分子的吸收、储存、催化等是十分重要的[1]。MOFs的孔表面由无机部分和有机配体的各种官能团组成，它可以很容易地定制，以满足特定的性质或功能，例如选择性吸附、分离和感测。与传统的沸石和其他无机多孔材料相比，MOFs非常独特，因为它们具有高度灵活的主体骨架结构，对于具有特殊吸附、储存、分离和感应特性的智能材料来说，这些结构非常有用[26]。
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的结构
MOFs材料的主体结构是由次级结构单元（Secondary Building Unit，SBU）与有机配体之间的相互连接来构筑的。通常，金属有机骨架（MOFs）是高度多孔的（高达90％的自由体积），具有大的内表面积（高达6000 m2∕g）的结晶和热稳定材料。由于MOFs是由无机金属和有机配体组成的混合材料，因此可以使用合理的设计来预测其构建的可能性。这些材料可以通过使用各种金属离子（如Al，Zr，Cr，Fe，Ni，Cu，Zn等）和有机配体（即聚碳酸酯，磺酸盐，膦酸盐，咪唑盐，吡啶等）制备得到[79]。可以通过选择适当的金属离子和反应条件，原位建立各种二次建筑单元（SBU）（如四面体，八面体，立方，菱形十二面体等）。此外，仔细选择有机配体对合成具有大孔隙的MOFs材料提供了方便。
MOFs材料的一个有趣的特征是金属离子、有机配体或合成条件的微小变化可导致结构特性（如拓扑、腔体尺寸等）的显著变化。在应用的角度来看，具有空隙空间的较大空腔非常适用于储存气体和液体，也适用于通过主客体相互作用分离和催化。此外，这些材料的热稳定性和化学稳定性对于在空腔内进行的反应和可回收性至关重要[1011]。除了这些特征之外，关于MOFs材料的一个严重问题是框架活化时的稳定性，因此需要在合成时从MOFs的空腔中除去溶剂分子或试剂，形成真空状态。所以，在这些情况下，必须在MOFs活化中应用超临界干燥等特殊技术。在一些MOFs中，这种活化形式可以保留框架几何结构，并产生空白配位点，以激活催化作用。
1.3 MOFs的设计与合成
1.3.1 MOFs的设计
MOFs材料可以通过将金属离子或金属氧化物和多孔有机支配体连接在一起来制备。具有不同功能特性的有机配体，如多齿芳族羧酸盐（图11），已被用于开发新的MOFs。类似地，如图12所示，过渡金属离子的配位几何形状在指导其结构框架方面是至关重要的。使用金属离子和配体的选择最终决定了获得的空间网络类型。图13描述了金属和有机连配体形成的MOFs， OeKeeffe和 Yaghi广泛展开了解MOFs设计背后的基本原理[12]。
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