镧系金属有机骨架化合物合成,结构及荧光性质文献综述
2020-05-26 20:40:35
引言
现今,无机化学的发展是很迅速的,主要是研究元素、单质和无机化合物的来源、合成、结构、性质、变化和应用。配位化学(Coordination Chemistry)是其中起步早并且发展快的一个重要组成部分,它主要致力于解决配位化合物(Coordination Compounds,简称配合物)中的中心金属离子和配体间的相互作用。配位化学的创立则是在1893年瑞士化学家维尔纳(Werner)刊登在《Journal of Inorganic Chemistry》所发表的”对于无机化合物结构的贡献”[1] ,也改变了人们之前一直从平面角度考虑配合物结构的思路。在1974年,就已经合成了含Ln-N配键的镧系金属有机配合物,之后又合成了很多分子内含苯Ln-N(Ln为稀土元素)配键的镧系金属配合物,但是含Ln-O键的配合物很多,含有Ln-N键的配合物很少。
随着科学技术的发展和化学理论的深入研究,配位化学打破了传统的有机化学和无机化学之间的界限,从传统的无机化学领域逐步发展为融合多门学科的交叉学科,它与有机化学、生物化学、结构化学、固体化学、材料科学等相互交叉渗透,成为当代化学最为活跃的前沿领域之一[2-3]。
1.配合物的概述
配位聚合物(Coordination Polymers, CPs),又称金属-有机骨架化合物Metal-Organic Frameworks, MOFs),是一类金属离子与有机配体通过配位键或化学键(氢键、范德华力、阳离子-π相互作用、π-π堆积作用、静电作用等)自组装而形成无机-有机杂化聚合物[4]。由于 MOFs在气体吸附与分离、磁性材料、催化、荧光、药物储存与释放、新药物的研发等很多方面有着非常重要的应用,它是材料科学、超分子化学、无机化学、固态化学、拓扑化学和有机化学的交叉学科[5-6]。其中含有镧系等金属离子的配合物在光学、磁学、催化等方面的性质,使得它们在很多领域有潜在的应用,这些都与4f电子构型所形成的性质有关。
现在,配位化学的发展已涉及到国计民生的许多部门,如原子能工业、半导体、石油化工、火箭、湿法冶金、电镀工业、环境保护、制革、医药、农作物生长及分析化学等方面[7]。配位化学研究的重点仍然集中在过渡金属和稀土金属元素,因为这些元素经常具有独特的光、电、磁性质,并与生命活动密切相关。比如,金属钙、锌、铜、铁等元素和人体的生命活动息息相关,研究这些金属配合物有助于揭示金属离子在人体中的作用模式或代谢过程。镧系金属配合物有独特的光学性质,如色纯度高、理论上荧光量子效率接近100%、修饰配体对荧光光谱影响很小等,同时在照明和光转化技术,如激光,阴极射线和等离子显示等方面发挥了作用。因此,研究稀土配合物电致发光性质意义重大。所以,目前合理的设计和构筑新型的功能型含有镧系等金属离子的配合物已经成为了当前的研究热点。
1.1 配合物的合成方法
配合物的合成方法一般有水热法和溶剂热法、扩散法、溶液结晶法。随着科研的不断发展一些可供选择的合成方法已被实现,主要包括机械化固态研磨、声化学和微波辅助合成等。
1.1.1 水热和溶剂热法[8]
⑴ 水热法