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摘 要

通过水热合成的方法，将哌嗪基团衍生的双膦酸： 哌嗪-1,4-二亚乙基-二膦酸（H₄L = (H₂O₃P)(CH₂N₂C₄H₈CH₂)(PO₃H₂), L-H₂ = (H₂O₃P)(CH₂)(NHC₄H₈NH)(CH₂)(PO₃H₂)）作为配体，得到源自氢键的具有三维网格超分子结构的新型产物膦酸钴，[Co(L-H₂)(H₂O)₄]·H₂O 1。将化合物1的红外光谱跟现有的红外光谱进行比对，比较各吸收峰的位置，看所得红外光谱是否与已有光谱相同。同时对化合物1中的各元素进行分析以及结构表征。本实验中使用了3种表征方法，分别是粉末X-射线衍射(PXRD)、单晶X-射线衍射和TG-DSC。通过对上述各方法表征所得到的结构进行分析，可以得出一个结论就是，化合物1是简单的一维线性结构，以无机-有机交替链的形式存在，其内部包含的[CoO₆]是八面体。化合物1源自于一维线性结构，由于氢键的作用，使得相邻的一维线性分子链能够扩展成为二维分子层，而二维分子层最终将会扩展成为三维超分子网格结构。对化合物1的TG-DSC热稳定性能的研究数据表明，此化合物能够稳定存在时的最高温度为290 °C。

关键词：一维膦酸钴，水热合成，晶体结构，热分析

Abstract：The first example of 3-D H-bonded Co(II)-diphosphonate supramolecular compound based on piperazine-1,4-diylbis(methylene)bis(phosphonic acid), [H₄L = (H₂O₃P)(CH₂N₂C₄H₈CH₂)(PO₃H₂), L-H₂ = (H₂O₃P)(CH₂)(NHC₄H₈NH)(CH₂)(PO₃H₂)], [Co(L-H₂)(H₂O)₄]·H₂O 1, has been hydrothermally obtained and characterized by powder X-ray diffraction (PXRD), elemental analysis, IR and TG-DSC. The single-crystal X-ray diffractions show that compound 1 possess a three-dimensional H-bonded supramolecular structure, built from 1-D linear inorganic-organic alternate chain with [CoO₆]_n octahedron units via phosphonic acid linker. The thermal stability study reveals that the organic framework of compound 1 can hold up the temperature of 290 °C.

Key words：1-D Co(II)-Diphosphonate, Hydrothermal Synthesis, Crystal Structure, Thermal Analysis

目 录

1 前言 4

1.1 金属有机膦酸配位聚合物的发展和研究现状 5

1.2 有机膦酸的结构特点 6

1.3 金属有机膦酸配位聚合物的合成方法 7

1.3.1 水热与溶剂热合成法 7

1.3.2 扩散法 8

1.3.3 常规溶液法 8

1.4 金属有机膦酸配位聚合物的应用 8

1.5 立题思想 9

2 实验部分 9

2.1 仪器和试剂 9

2.2 一维[Co(L-H₂)(H₂O)₄]·H₂O 1的合成 10

2.3 晶体结构测定和晶体学数据 10

3 结果与讨论 10

3.1 结构描述 10

3.2 表征 13

3.2.1 粉末X-射线衍射（PXRD） 13

3.2.2 元素分析 13

3.2.3 红外光谱分析（IR） 13

3.3 TG-DSC热稳定性能研究 14

结 论 16

参 考 文 献 17

致 谢 18

附录A 晶体学信息 19

1 前言

配位聚合物（CPS）是无机或含有金属阳离子中心金属有机聚合物借由有机配体相连的结构，其主要的空间结构是从一维到三维的，空间结构的内部通过配位键的作用使其结合。配位聚合物具有多种多样不同的结构，并不是单一作用的存在，而是多种作用并存的结果。通过化学键与分子间弱作用力共同作用得到的分子所具有的结构和性能，比那些仅由共价键作用的分子要更稳定以及更好。无机合成化学，实质上就是采用一定的手段将有机分子与无机化合物进行合成，以此得到不同用途的各种新型的高附加值的材料。研究人员不断努力的尝试，希望能够合成结构新颖的有机-无机杂化功能材料，该材料能够带有新型的电磁学性能。通过合成的方法所得到的化合物，具有区别于合成之前有机分子与无机化合物的结构和性质。显而易见，中温水热合成技术能够创造出新型的具有高附加值的有机-无机复合材料[1]。合成化学为人们打开了新世界的大门，通过化学改性的方式，得到了各种不同的结构新颖的复合材料。在合成我们想要得到的目标产物的过程中，目标化合物的微观结构由于有机组分对无机组分的成核和生长的过程的影响和控制而得到调节。通过对有机和无机分子的有效分配，可以达到分配空间的目的，以此来锁定和调节无机骨架结构。MOFs和其它材料的结合显示了可以改进本来的属性，特别是在分离和催化方面，尽管许多应用已经被建议用于MOFs，但一个相当大的问题是他们的稳定性，为了提高MOFs的稳定性，需要在坚实的支持下开发可控制的MOFs，在各种的例子中，实现的办法之一是准备复合材料。

图1-1 无机-有机杂化材料的几种典型的合成研究体系

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