基于稀土基Ln-MOFs材料的构筑与性质研究

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MOFs材料是以金属为连接中心和有机配体为连接体构筑的多孔有机骨架晶态材料,其凭借多样的构筑方式、丰富的光电磁性质及在物质检测、发光元件以及生物医学等领域的潜在应用吸引了科学工作者的目光。镧系金属具有优异的光学性能,但是由于其受到禁阻跃迁的影响,对光吸收能力较弱。在各种有机连接体中,具有苯环结构的羧酸配体能够有效地吸收光,因此通过敏化发光可以获得优异的发光性能。本文采用[1,1’-联苯]-3,4’,5-三羧酸(H3bpt)和[1,1’-联苯]-2’-氨基-3,4’,5-三羧酸(H3bpt-NH2)为连接体,金属中心为连接点,构建了Ln-MOFs材料,并研究了在有机配体碳骨架相同的条件下,改变官能团和镧系金属离子对骨架形态和荧光发射的影响。随后对构筑完成的Ln-MOFs进行荧光响应实验,探究了荧光性质及在各种应用领域的潜在价值。本论文由四个部分构成。第一部分主要介绍了MOFs的发展进程、发光机理、构筑方法、应用领域以及选题目的。第二章中,在溶剂热条件下,以铽离子为金属中心,分别采用[1,1’-联苯]-3,4’,5-三羧酸(H3bpt)和[1,1’-联苯]-2’-氨基-3,4’,5-三羧酸(H3bpt-NH2)为有机配体构筑了两个Tb-MOFs化合物,分别为[Tb2(bpt)2(H2O)2]·(DMA)4.5(1)和[Tb2(bpt-NH2)2(H2O)2]·(DMA)4(2)。这两种化合物的区别在于后者通过引入具有氨基的有机配体对金属有机骨架结构进行调节与修饰。化合物1和2都是具有一维孔道的三维骨架材料,并且表现出了优异的发光特性。通过单晶衍射技术探究了化合物1和2结构发生变化的原因,发现由于氨基基团产生振动,化合物2的荧光性质相较于化合物1大大减弱。因此我们选择化合物1为荧光传感材料,研究了其对铬离子的荧光传感能力,实验结果表明化合物1能够很好的对铬离子进行荧光感应,在检测铬离子方面有着应用的潜力。第三章中,我们以镧系硝酸盐为金属源,分别采用两种[1,1’-联苯]-3,4’,5-三羧酸(H3bpt)和[1,1’-联苯]-2’-氨基-3,4’,5-三羧酸(H3bpt-NH2)为有机配体构筑了三个荧光Ln-MOFs化合物,分别为[Eu2(bpt-NH2)2(H2O)2]·(DMA)2(H2O)6(3),[Yb2(bpt)2(H2O)2]·(DMA)4.5(4)和[Ce3(bpt-NH2)3(H2O)3]·(DMA)3(H2O)10.5(5),并运用一系列的表征技术对三个化合物组成结构和性质特征进行研究。化合物3在紫外光照下能够发出红色荧光,发光性质较好,因此我们选择化合物3进行荧光响应实验,实验结果表明化合物3对2,4-二硝基苯酚具有较好的荧光响应,具有成为2,4-二硝基苯酚荧光传感材料的潜力。第四章的内容为结果与展望。
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