基于羧酸配体配合物的溶剂热合成开题报告

1. 研究目的与意义

金属有机框架材料(metal-organic frameworks, mofs)又叫金属有机配位聚合物(metal organic coordination polymers,mocps)已经成为一种新型的功能化晶体材料。它是由有机桥连配体通过配位键的方式将无机金属中心（金属离子或者金属离子簇）连接起来形成无限延伸的网络状结构的晶体材料。金属有机框架材料将无机化学和有机化学两种通常视为两种完全不同的化学学科巧妙地结合在一起。根据金属有机框架材料在空间维度延伸情况将金属有机框架材料分为一维链，二维层，三维空间网络状结构。其应用前景十分可观，在电磁学性质、气体吸附存储、分子催化、非线性光学和生物化学等方面均有许多科研工作者进行研究。1999年，omar m. yaghi科研小组以对二甲苯为配体，合成出孔道半径为 12.94的金属-有机骨架孔材料(zno₄(bdc)₃(dmf)₈c₆h₅cl,mof-5),被认为是晶态多孔材料发展中的里程碑。mof-5是一种热稳定性良好的金属有机框架配合物。mof-5比传统的分子筛具有更大的比表面积，但密度却更小，经过测试mof-5能很好地吸附h₂，co₂等等。在此基础上，yaghi研究小组对系列金属羧酸配合物进行了研究，并且合成了系列具有zn-o为次级结构单元的微孔材料，例如，mof-5，mof-14，mof-177等等。

相对于传统无机材料而言（如硅酸化合物），金属有机羧酸化合物有几个显著地不同点：传统无机材料大都采用的固相反应法反应时需要很高的温度，但是金属有机羧酸反应温度比较低（通常在水溶液中进行），制备条件也比较温和。大多数金属有机羧酸化合物的结构可进行预测，从而实现对目标化合物的定向合成，进行定向组装。金属有机羧酸化合物通过有机基团修饰无机构筑块，从而可能拥有某些传统无机材料没有的特殊功能（如手性识别）。显然，金属羧酸配合物材料结合了有机材料的可修饰﹑低密度﹑柔软与无机材料的高强度、高熔点、高稳定性等优点，同时它在光电、吸附、磁性、催化和光学等方面也具有独特的性能。

在这一领域的配体选择中，羧酸也是构筑配位聚合物的一类常用配体。它们具有较强的配位能力和灵活多变的配位方式。羧基不仅可以多种方式与金属离子键合，还可与金属离子自组装成多核的次级结构单元，从而构造出各种结构的配位聚合物网络。这使得越来越多的科研工作者寻找总结其结构和性能之间的关系，设计和合成新的有机羧酸及其金属化合物，开发出具有实际意义的新型材料。

2. 研究内容和预期目标

金属-有机骨架结构(metal-organic frameworks, mofs) 它结合了有机配体和无机金属离子的特点，通过金属离子的可选择性和配体的可设计裁剪性的融合实现其功能化，为分子器件的设计、材料科学和生命科学的发展开辟了一个崭新的领域，从而引起了当前化学家们的普遍关注并成为当前化学研究的热点。在配合物的构筑方面，羧酸类配体由于其溶解性能相对较好，配位能力强，生成的骨架结构热稳定性高，使得有机多羧酸在合成配位聚合物方面得到了广泛的应用。本课题内容是采用水/溶剂热的合成方法，以一种柔性羧酸配体与金属盐为原料来合成多功能配合物。具体内容：

1.查阅相关的文献资料，设计可行的实验方案；

2.单晶的培养

3. 研究的方法与步骤

本论文中的化合物均是用溶剂热法合成的，这种方法在金属-有机配合物合成中应用最广泛。

溶剂热是指在较为极端的条件下(一般在300℃以下，高压)，利用各组分溶解度的差异被最小化，同时溶剂的粘度下降而导致扩散作用加强，使得配合物趋于生成结晶态。溶剂热法经常用于在常温常压下有机配体溶解性较差的情况。在这种情况下溶剂热法更有利于晶体生长，是合成金属-有机配合物很有效的途径，溶剂热条件下合成晶体比在温室下合成更容易生成高维的金属-有机配合物结构。

(a)反应釜

4. 参考文献

[1]zhang j., yang w., wu x., zhang l. and lu c.-z. synthesis, photoluminescence, and gas adsorption properties of a new furan-functionalized mof and direct carbonization for synthesis of porous carbon. cryst. growth des., 2016, 16, 475-482.

[2] 刘建强. 穿插和缠绕金属-有机骨架化合物的构筑和性能研究[d]. 西北大学，2010.

[3] kong g.-q., wu c.-d. four novel coordination polymers based on a flexible zwitterionic ligand and their framework dependent luminescent properties. cryst. growth des., 2010, 10(10), 4590-4595.

5. 计划与进度安排

（1）2022-2-22~2022-3-18（第一到四周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。

（2）2022-3-21~2022-5-20（第五周到第十三周）完成合成实验、结构表征。

（3）2022-5-23~2022-6-17（第十四到十七周）撰写毕业论文并准备答辩。