含柔性阳离子的有机无机杂化化合物的结构与性质研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，相变储能材料已逐渐成为国内外能源利用和材料科学领域的研究热点，相变材料在相变过程中会吸收或释放大量潜热，进而进行能量存储和应用，因而备受科研工作者的广泛关注。

相变材料作为一种理想的储能材料，在建材、农业、纺织业、航空等许多领域中有着广阔的应用前景。相变材料尤其是铁电体的研究主要集中在无机化合物 (氧化物和金属无机盐)。最近几年，一些分子基铁电相变材料 (包括有机分子、通过金属离子的配位或复合形成的有机-无机杂化物) 的报道已引起学术界的广泛关注。

有序-无序型相变是主要类型之一，利用长链烷烃胺阳离子基元或易发生构型转变的阴离子基元是构筑相变化合物的重要策略。在温度的刺激下，烷烃胺分子运动剧烈，原子位置发生重排，呈现无序状态。随着温度的降低，分子运动被冻结，原子位置固定，呈有序态。我们选用柔性阳离子，通过晶体工程组装的方法设计具有特定功能的相变化合物。

2. 课题关键问题和重难点

有序-无序型铁电体是铁电晶体的一大类，氢键型铁电体包含其中。N-HN氢键近年来由于其在光电，客体识别，催化和吸附分离等领域的广泛应用，多孔有机晶型网状结构得到广泛深入的研究。晶体工程尝试着通过对分子的位置和取向以及组装进行原子级别的控制从而获得在这些领域中功能高分子网状结构物。绝大部分的有机晶型网状物的合成都是通过引入氢键来生成网状结构。现在有一些主要基于氢键作用的体系，其中一部分体系可以可预测地提供氢键网状结构。不幸的是，这些方法受到诸如范德华力等无处不在的各个方向的力的阻挠，这些阻挠晶体堆积的作用力通常会导致网状结果中不可预测的变化。

3. 国内外研究现状（文献综述）

相变是指物质由于外界条件（如压强、温度、磁场等)的连续变化发生化学成分、性能、结构或组织形态变化的过程[1]。信息技术的快速发展使相变材料在信息通讯、信号存储、相变储能和信号处理等领域有着广泛的应用。与传统无机相变材料相比，有机相变材料具有环境友好，成本较低廉，易剪裁以及易于设计等特征，因此探索和制备性能优异的有机相变晶体材料成为当前的前沿课题之一。利用分子设计和晶体组装的策略来设计和制备性能优异的功能性结构相变化合物是材料科学家们需要解决的关键科学问题。有序-无序型相变是主要类型之一，有效利用长链烷烃胺阳离子基元或易发生构型转变的阴离子基元是构筑相变化合物的重要策略[2]。在温度的刺激下，烷烃胺分子运动剧烈，原子位置会发生重排，呈现无序状态。随着温度的降低，分子运动逐渐被冻结，原子位置固定，呈有序态。

众所周知，在理想的晶体结构的分子中，原子一直是处于热运动的状态，而且晶体结构中，不同的原子热运动不一样。有的原子处于局部的无序状态，而有的原子处于冰冻状态。通过外部因素的改变如压力、温度等来调整晶体中的有序基团和无序基团的相对平衡位置，进而抑制原子的无序化程度，有利于实现人为地调控晶体的结构。这种由无序离子基团中无序原子的占有率的不确定导致的晶体结构整体的无序化的相变，被人们称为有序-无序型相变。而具有高度无序化的离子基团被人们称为分子转子[3]。这些分子转子在外部条件刺激下，能引起微观结构上电子和原子核的重新排布，使分子发生重排或构型转变，最终导致晶体空间结构和宏观物理性能的变化，即相变的产生。

作为最为经典的铁电体材料，铁电体亚硝酸钠（nano2），该相变表现为典型的有序-无序型相变[4]。近几年该类相变化合物的研究较多。如2010年东南大学张闻老师报道的型有机-无机杂化相变化合物六氰基合铁酸钾二咪唑盐[5]。室温相咪唑阳离子处于完全无状态，这种高度动力学无序态使得五边形咪唑阳离子环的五个原子均匀地分布成一个六边的位置，从而导致垂直于咪唑环的三次轴和高对称性，使化合物结晶于三方晶体。低温相唑阳离子的运动被冻结而呈有序排列，c和n原子完全能够区分，整个结构中对称性降低三次轴失去，化合物结晶于对称性更低的单斜晶系。这种由于原子无序-有序转诱导的相变化合物，就属于典型的有序-无序型相变化合物。

4. 研究方案

选用柔性链状胺作为阳离子，通过晶体工程组装的方法设计具有特定功能的相变化合物。主要工作包括以下几个方面：

（1）利用易无序柔性链状胺与无机酸反应合成具有可逆相变性质有机无机化合物

（2）利用易无序柔性链状胺与无机卤素金属化合物反应形成柔性可调的三维网络有机无机金属骨架化合物。

5. 工作计划

2022.03查询阅读相关文献，制定详细实验方案；

2022.04-05学习chemdraw,diamond等相关软件的使用,进行目标化合物制备及结构表征；

2022.06化合物介电性质表征，数据处理及毕业论文写作。