含锌化合物的合成及其光催化性能的研究文献综述

 2023-10-16 10:10

文献综述

一、文献综述与调研报告:(阐述课题研究的现状及发展趋势,本课题研究的意义和价值、参考

文献)

1.1金属有机配合物研究的现状及发展趋势

金属有机配合物是指有机配体与金属离子或者无机簇通过配位键或其他弱作用力(如氢键等)形成的一种具有拓扑结构的新型晶态多孔材料,也称金属有机骨架化合物(Meta-Organic Frameworks,MOFs)。从1972年具有三维骨架的普士兰的发现,开启了MOFs的篇章,后来科研工作者陆续合成了一维,二维,三维的化合物,MOFs才持续发展,后来拓扑学理论应用在MOFs领域中,大量新结构化合物被报道出来。

20世纪90年代,研究人员合成了第一代MOFs,但是它们不稳定,孔隙率低。经过了大量改良性实验研究,MOFs性能有了改善,具有较好的化学稳定性,较高孔隙率,新颖的结构。Robson教授根据配位聚合物框架结构不同,将MOFs分为三大类:一维链状聚合物,二维网状聚合物,三维网状聚合物。同时了解金属离子和有机配体的配位模式,及其它们的配位规律,我们可制得结构特定的配位聚合物。不同的有机配体空间结构也不同,有机配体骨架结构分为端基型,直线型,平面角型,平面上三角型,三角锥型,四面体型等骨架结构

锌的配位能力比较好,其配位的MOFs有多种结构,如一维,二维,三维立体型,具有光,电,催化,磁等特性和应用前景。Zn2 电子构型稳定,难以发生d-d跃迁,且受配位场限制小,能够增强有机配体的刚性,也能改变有机物荧光发光强度。二价锌盐价格低廉,与有机物形成配合物具有良好发光和导电等性质,可替代钯等价格昂贵金属。锌的配位模式有单齿,双齿,螯合体,双齿单原子,螯合单原子配位。选取 1,3-金刚烷二甲酸(H2adc )为主配体,1,2-二咪唑乙烷( bie)为辅助配体与金属离子Zn(II),通过上下层扩散的方法得到一例配合物:{[Zn(adc)(bie)]· 2H2O}n 。 X-射线单晶衍射表明:配合物中羧酸都采取单齿配位的配位模式与金属Zn(II)连接,同时形成一维链状结构和二维摺装格子层结构,其一维和二维结构基本相似。辽宁师范大学王春光课题组采用水热法通过Ln2O3,Zn(CH3COO)2·2H2O与2,5-吡啶二羧酸为配体的反应合成出两个新型三维杂金属配位聚合物[Ln2Zn2(2,5-pydc)5(H2O)2]·4H2O (Ln=Sm(1), Eu(2); 2,5-pydc: 2,5-吡啶二羧酸)。通过元素分析、红外光谱、X 射线粉末衍射方法以及 X 射线单晶衍射方法对配合物进行了表征. 结构分析表明, 配合物1和2的结构是相同的, 其晶体均为单斜晶系, 空间群为P21/c.。配合物1和2中2,5-吡啶二羧酸配体共有两种配位方式.。通过配位模式I连接Ln和Zn形成二维层状结构; 而层与层之间通过配位模式II进一步连接起来形成三维复杂网状结构. 此外, 还对配合物的荧光性质和热分解过程进行了详细分析。 荧光分析表明, 金属Zn的引入有效增强了配合物中稀土金属的发光。

在配位化学中,含氮配体的配位化合物的发展十分迅速,研究最多,成果最为显著。含氮杂环化合物配体种类繁,主要有4,4rsquo;-联吡啶,2,2rsquo;-联吡啶及其衍生物,其中2,2rsquo;-联吡啶配体具有降低配合物形成更高维数的趋势,同时在体系中映入不同的芳香羧酸作为第二配体,配位聚合物稳定性就更高,期待得到新颖拓扑结构的金属有机配位聚合物。仅仅采用单一的氮唑类配体所获得的 MOFs 的骨架是容易发生坍塌的,骨架易坍塌导致其性能研究受到很大的限制。但是若我们将以羧酸类和氮唑类两者同时作为有机配体,与金属离子相结合,而得到的金属-有机骨架化合物的骨架明显会比单一配体的化合物骨架更稳定,从而其性能也能得到更好的研究。羧酸有着极其强大的配位能力而且形式多样化,羧酸基团配位模式灵活,与金属配位时,可采取单齿,桥式双齿,鳌合双齿等多位配位模式。含有羧基有机配体配位能力强,配位模式易于调控,溶解性较好,合成的多孔骨架热稳定高。羧酸配体我们研究比较多的是邻,间,对苯二甲酸,因为有两个羧基基团,其配位模式更趋与多样化,更能有利于构筑高维结构的配位聚合物。张宏课题组利用2,5,2rsquo;,5rsquo;-联苯四甲酸为主配体,2,2rsquo;-联吡啶和 4,4rsquo;-联吡啶为辅助配体与过渡金属盐合成了八例配位聚合物,包括了零维结构,一维双层波浪状结构和三维结构,并对其结构中存在的非共价键相互作用,磁性,及荧光性能作用了研究。西北大学王尧宇课题组以3,3rsquo;,4,4rsquo;-二苯酮四甲酸为结构基块,辅以桥连作用的吡啶类配体与过渡金属离子构筑了一系列不同结构的配位聚合物,其中包含了三维菱形框架结构、自穿插结构、一维梯子链等,并对其光学、磁学性质进行了表征。

近几年来,在设计合成MOFs时,为使它具备某些功能,如发光,导电,催化等,我们通常会利用混合配体,其中最常用,效果最佳的是含氮杂环-羧酸类配体的组合,它们都具有良好的配位能力和灵活的配位方式。MOFs的合成比较简单,通常采用单一的合成步骤,合成方法用的比较多的是溶剂热法(含水热),扩散法等,水热和溶剂热法与普通溶剂法的区别在于以下几个方面:

(1)通常对难溶解的有机配体具有较高的溶解度。

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