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摘要：本文以乙酸锌，N,N’-二甲基哌嗪，磷酸为原料，并将反应温度控制在150℃采用一步水热法合成磷酸锌晶体。通过X-射线单晶衍射仪和X-射线粉末仪衍射等对合成的样品进行结构表征，单晶结构分析表明，化合物1结构式为(C6N2H16)[Zn2(HPO4)3]•2H2O, 其结晶于单三斜晶体晶系，空间群为P-1 (1)，分子量971.658 g/mol，晶胞参数a = 12.0626(10)Å, b = 14.8593(12) Å，c = 11.8142(10) Å，β = 97.82(0)°。化合物1具有由ZnO4四面体和PO4四面体交错连接而成的二文层状结构，层与层中间通过质子化的N,N’-二甲基哌嗪分子发生氢键作用力而堆积成三文网络结构。34505
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毕业论文关键词：水热合成；磷酸锌；开放骨架材料；晶体结构
The Synthesis and Characterization of a 2D Layered Zinc PhosphateTemplated by an Organic Amine
Abstract：In this paper，zinc acetate，N,N’-dimethylpiperazine，phosphoric acid were used as raw materials，and to control the reaction temperature 150 degrees by using step hydrothermal synthetic crystals．By X-ray powder diffraction and X-ray crystal diffraction，etc．The synthetic samples were characterized，single crystal structure analysis showed that the compounds for (C6N2H16)[Zn2(HPO4)3]•2H2O，its crystal system is triclinic crystal,the molecular weight is 196.39 g/mol,crystal cell parameters a = 12.0626(10) Ǻ，b = 14.8593 (12) Ǻ，c = 11.8142 (10) Ǻ, β = 97.82 (0)°，space group of P-1 (1)．The analysis results show that compound 1 consists of a two-dimensional layer constructed by ZnO4 and PO4 tetrahedron，the protonized N,N’-dimethylpiperazine located between the layers to fill the space and to produce hydrogen bond action to stabilize the whole compound．
Key Words：Hydrothermal synthesis；Zinc phosphate；Open-framework materials；Single crystal structure.
目 录
摘要 1
引言 1
1 实验部分 2
1.1 仪器及试剂 2
1.2 晶体的制备 2
1.3 晶体结构的检测 3
2 结果与讨论 4
2.1 化合物1(C6N2H16)[Zn2(HPO4)3]•2H2O的晶体结构 5
2.2 X-射线粉末衍射分析 7
3 结论 8
参考文献 8
致谢 11
一个有机胺导向的二文层状磷酸锌的合成与结构表征
引 言
随着现代工业不断进步和高速发展，新型无机材料已成为生活用品所必需的基本构成，越来越受到人们的关注与探索。微孔材料由于其丰富的拓扑结构特征和在催化、吸附、离子交换和分离领域的潜在应用价值而受到广泛关注。众多的过渡金属（如钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉等）和主族金属（如硼、铝、镓、铟、锗等）都被引入到微孔骨架材料的合成中。在磷酸锌系列材料中，一系列通过水热或溶剂热方法合成的零文、一文、二文和三文结构的磷酸锌被报道出来，其中有一些具有引人注目的孔道特征，例如ND-1，H3N(CH2)6NH3•Zn4(PO4)2(HPO4)2•3H2O就具有24元环超大孔道，而NaZnPO4•H2O具有手性的孔道，它具有ZnO4和PO4四面体形式的4元环的交替连接沿在[001]方向上产生了无限延伸的61螺旋轴。在众多结构繁多的磷酸锌结构中，各种尺寸大小、形状和极性不同的模板剂或者成为结构导向剂在无机骨架的晶化过程中扮演了重要的角色。例如二胺、三胺和多胺在合成开放孔道的骨架合成中就比单胺更为有效，例如在磷酸盐骨架化合物合成中广泛使用的乙二胺、三乙烯二胺、哌嗪，四乙烯三胺等都不是单胺。目前大多数磷酸锌化合物合成过程中选用的都是现成的商品化的有机胺，一方面是因为传统的无机合成中一般不愿意引入太复杂的有机化合物，二是有机胺的合成一般比较麻烦，而且胺类物质易挥发且一般毒性较大，防护措施要求高。因此本论文，也是采用直接购得的N,N’-二甲基哌嗪作为结构导向剂。磷酸锌化合物方法有水热法、离子热法、低温熔融、溶剂热等。水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶于水的物质通过溶解或反应生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱和度而进行结晶和生长的方法[17]；溶剂热法的溶剂主要包括乙醇、乙二醇，正丁醇、丁二醇等醇类，以及DMF，DMA和冰醋酸等溶剂；离子热则主要选择一些液化温度低，容易制备和回收，以及价格低廉的离子液体试剂；低温熔融法是将传统高温固相熔融法中的较高温度下才能熔融的无机盐替换成能在较低温度下形成共熔融物的有机-无机混合物。磷酸锌化合物合成体系中大多数采用水作为溶剂，水热体系可以为磷酸锌化合物生长结晶提供很好的环境。水热体系下有利于完美大单晶生成，但由于溶剂的单一性，合成同一种化合物的晶貌也存在单一性[9]。在本文中，我们采用水热法合成。在合成体系中大多数采用水作为溶剂，水热体系可以为磷酸锌化合物生长结晶提供良好的条件。有机胺存在下微孔磷酸锌的合成表明，以二胺类分子作模板剂比以单胺类分子作模板剂更易形成开放骨架结构[21]。本论文采用N,N’-二甲基哌嗪作为结构导向剂，实验证明有机胺基团可以作为配体, 起到电荷平衡阳离子与磷酸锌构成骨架作用[17]。采用X-射线单晶衍射仪、X-射线粉末衍射仪对产物进行了结构和性质方面的表述。