新型Fe-MOF化合物的合成及其性质研究

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摘要：金属有机框架(Metal-organic frameworks，MOFs)材料是一类由有机配体与金属中心经过自组装形成的具有可调节孔径的材料。与传统无机多孔材料相比，MOFs材料具有更大的比表面积，更高的孔隙率，结构及功能更加多样，因而已经被广泛应用于气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域中。新兴材料的出现极大地促进了各个学科间的相互发展，本文研究了近年来MOFs材料的研究发展，包括MOFs材料的发展现状、合成方法、应用领域。对新型铁有机框架化合物的合成，晶体结构和性质进行分析，并对今后的发展进行了展望。59198

毕业论文关键词: 金属有机框架，铁，多孔材料

Abstract: Metal organic frameworks (metal-organic, frameworks, MOFs) is a kind of material by organic ligands and metal centers through adjustable aperture materials with self-assembled. Compared with the traditional inorganic porous material,MOFs material has larger specific surface area, high porosity, structure and function are more perse, so it has been widely used in gas adsorption and separation, sensors, drug delivery, catalytic reaction etc.. The new materials has greatly promoted the mutual development of many disciplines, this article reviews the recent research and development of MOFs materials, including the development of MOFs, the preparation methods, application. The synthesis of novel iron organic framework compounds, crystal structure and properties were analyzed, and the future development prospects.

Keyword: Metal organic framework, iron, porous materials

1.引言 4

2.MOF的简介 5

2.1MOFs的研究热点及其意义 5

2.2 MOFs在小分子气体吸附过程中的应用 5

3. MOF的合成方法 5

4.实验部分 6

4.1原料来源及测试手段 6

4.2晶体体合成 6

4.3晶体结构分析 6

4.3.1 X－射线晶体学衍射数据 7

4.3.2 化合物1的结构描述 7

5.性质的表征 11

5.1 IR 11

5.2 TGA 11

5.3 XRD 12

5.4 荧光光谱分析 12

5.5 磁性分析 13

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 引言

金属-有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks MOFs)是指金属离子与有机桥连配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料。作为无机材料科学和配位化学两个领域交叉产生的一种新材料，这种材料具有与分子筛相近的晶体结构，相比传统分子筛，多孔MOFs的孔道尺寸能够通过调控适合的结构、长短和形状的有机桥连配体，从而控制框架孔隙率和比表面积，得到适合于不同应用要求的多孔材料。通过对有机配体的剪裁及设计，可以使其获得不同孔道尺寸的结构，同时具有独特的光，电，催化等多种性质。作为多学科领域交叉的产物，金属-有机框架化合物的设计合成、结构及性能研究是近年来非常活跃的研究领域之一，并将在更加广泛的领域存在着十分重要的应用价值。

铁离子所具有的电子传递能力在新陈代谢过程中扮演着至关重要的角色，具体表现在其氧化还原的能力和催化性能上，是生物体不可或缺的重要组成部分。例如，在蚯蚓血红蛋白中存在着非血红素的二核铁簇，在它的活性位点上可以可逆的与O2进行结合。两个亚铁离子（六配位的Fe1和五配位的Fe2）同时和两组羧酸化合物以及一个羟基连接在一起，其他的位点被咪唑基配体占据。当遇到O2后，Fe2与O2结合达到六配位的饱和状态，而O2则以羟基过氧化物的形式存在，而先前的羟基则被氧桥所替代。通过将二价铁的电子传递给O2，两个铁均变成了三价铁（图1）。但也正是由于Fe2+离子容易被氧化成Fe3+的特点，亚铁-有机框架物的合成难度要比锌和铜的有机框架物合成难度大。东北师大的刘术侠课题组于2007年成功合成出了两个混合价态铁的有机框架物。其中，化合物[Fe2(H2O)2(BTC)4/3]Cl4.5(DMF)是一个三维框架结构的MOF,由轮状[Fe2(COO)4(H2O)2]+的铁的二聚体和桥连配体BTC构成的。孔道中的 Cl- 离子可以被CNS-离子交换出来。而另一个化合物[Fe4Cl(BTC)8/3]Cl2H2O2.5(DEF)，由正方形的[Fe4Cl(COO)8]2+四聚体和BTC构成。这两个化合物的磁性测试分析结果显示均具有反铁磁性。