摘 要

近年来，材料领域迅速发展，一种简称为MOFs的金属-有机骨架材料引起人们越来越多的关注，它的结构中一般包含有机和无机两个部分，有机部分一般是含氧或氮的芳香性化合物，无机部分则是金属离子或团簇，两者通过配位键相连。由于有机配体中包含多个独立配位点，并且因为芳环的刚性结构使得不同配位点可以连接不同的无机中心，所以这类材料会形成周期性的网状结构，而且具有一定大小的孔道。

发光金属-有机骨架（LMOFs）是非常重要的一类MOFs。LMOFs材料不同于传统的发光材料，其结构中具有包含两种不同的潜在发光单元，即有机配体和金属离子。它们各自的性质相互组合后，能够产生多种发光形式，故表现出良好的光学性质。随着发光MOFs研究的深入，用来构筑MOFs的金属中心已经不再局限于过渡金属元素，主族金属元素也开始用于构筑发光MOFs。

本文以均苯三甲酸作为芳香羧酸配体，和硝酸铅反应，用水热法合成配合物，对最后的配合物进行单晶衍射、PXRD、荧光，红外等表征，探究其荧光性质。

关键词：金属-有机骨架 芳香羧酸配体 主族金属 荧光

Study on the Fluorescence Properties of the Complexes of Lead and 1,3,5-benzenetricarboxylic acid

Abstract

The field of materials has been developing rapidly during these years. A metal-organic framework material abbreviated as MOFs has attracted more and more attention.. Its structure generally includes two parts: organic and inorganic components. The organic part is usually an aromatic compound containing oxygen or nitrogen, and the inorganic part is a metal ion or cluster. They are connected by coordination bonds. Because organic ligands contain many independent ligands, and because the rigid structure of aromatic rings enables different ligands to connect different inorganic centers, these materials will form periodic network structure and have a certain size of channels.

Luminescent metal-organic frameworks (LMOFs) are very important among MOFs. LMOFs materials differ from traditional luminescent materials in that they contain two different potential illuminating units, namely organic ligands and metal ions. Their respective properties combine with each other to produce a variety of luminescent forms, thus exhibiting good optical properties. With the development of luminescent MOFs, the metal centers used to construct MOFs are no longer confined to transition metal elements, and the main group metal elements are also used to construct luminescent MOFs.

In this paper, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid was used as aromatic carboxylic acid ligand and reacted with lead nitrate to synthesize complexes by hydrothermal method. The final complexes were characterized to explore its fluorescent properties,including single crystal diffraction, PXRD, fluorescence and infrared spectroscopy.

Keywords: Metal-organic frameworks; Aromatic carboxylic acid ligand;Main group metal; Fluorescence

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 MOFs简介 1

1.2 MOFs材料的研究方向 2

1.2.1 设计合成 2

1.2.2 工业分离 2

1.2.3 气体存储 3

1.2.4 催化性能 3

1.2.5 发光性能 3

1.3 合成方法 4

1.3.1 水热/溶剂热法 4

1.3.2 常温挥发法 4

1.3.3 微波合成法 4

1.3.4 超声法 5

1.3.5 离子热法 5

1.3.6 电化学法 5

1.3.7 机械合成法 5

1.4 发光MOFs简介 5

1.4.1 基于镧系金属MOF 6

1.4.2 基于过渡金属MOF 6

1.4.3 基于主族金属MOF 7

1.5 本论文选题的目的和研究内容 7

第二章 实验部分 8

2.1 仪器与试剂 8

2.2 化合物1的合成过程 8

第三章 实验结果和讨论 9

3.1 晶体结构分析 9

3.2 化合物1的 X射线粉末衍射（PXRD） 10

3.3 红外分析 11

3.4 荧光分析 11

第四章 结论与展望 14

4.1 结论 14

4.2 展望 14

参考文献 15

致谢 18

第一章 绪论

1.1 MOFs简介

近年来，材料领域迅速发展，一种名叫做金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）的有机-无机杂化材料引起人们越来越多的关注，它属于配位化合物的一类，结构中一般包含有机和无机两个部分，有机部分一般是含氧或氮的芳香族化合物，无机部分则是金属离子或团簇，两者通过配位键相连。由于有机配体中包含多个配位点，并且因为芳环的刚性结构使得不同配位点可以连接不同的无机中心，所以这类材料会形成周期性的网状结构，而且具有一定大小的孔道。

MOF材料可以追溯到20世纪90年代中期，不过那时的MOF材料性质并不稳定，骨架容易发生坍陷^[1]。1995年美国加州大学伯克利分校的Omar M. Yaghi教授课题组在著名学术期刊Nature杂志中报道了一种由有机配体1,3,5-苯三甲酸（BTC）与过渡金属Co合成的配位化合物，并首次提出了“金属-有机骨架”的概念^[2]。1999年，Yaghi课题组再次在Nature上报道了用有机配体对苯二甲酸（BDC）和过渡金属Zn构筑的三维金属-有机骨架材料—MOF-5，它的空间结构是简单的立方结构并且具有稳定的孔结构，在吸附气体方面表现出良好的性质^[3]。可以说MOF-5的出现有着非常重要的意义，它使人们认识到这类新型材料有很大的研究价值，随后吸引了很多研究团体跟进，于是MOF材料研究成为材料领域的研究热点之一，并在随后的二十几年里飞速发展。到现在为止，已经出现了很多种经典的MOF类型，包括Yaghi课题组合成的IRMOF系列^[4]，Férey教授课题组合成的MIL系列^[5]，Kitagawa课题组合成的CPL系列^[6]，Yaghi课题组合成的ZIF系列^[7]，Zhou课题组合成的PCN系列^[8]，挪威奥斯陆大学研究组合成的UiO系列^[9]等。在全世界MOF研究热潮下，越来越多有着优良结构和性质的MOF材料被设计合成出来。

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