配位聚合物的单晶培养

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1、配位聚合物的单晶培养摘要：配位聚合物（MOFs）因在磁性、催化、给药、传感、气体吸附、分子与离子交换、手性识别与分离、分子磁性质、发光与非线性光学性质，以及电学性质等功能材料领域具有良好的应用价值而成力目前最活跃的前沿研宄课题之一。本文主要介绍配位聚合物及其单晶培养方法。关键词：配位聚合物、单晶培养方法1前言配位化学是一门在无机化学基础上发展起来的交义学科，现代配位化学不仅和化学学科中的物理化学、有机化学、材料化学和高分子化学有着密切的关系，而II与物理学和生物学等一级学科相互渗透和交叉m。自1893年瑞士化学家A.Werner创立配位理论以来，对配合物的研宂就成为无机化学屮最

2、活跃的领域之一。配位化学的早期研宄集中在以金属阳离子M为中心和以含N、0、S、P等给体原子的配体L而形成的“Werner配合物”。中心原子M是指过渡金属元素的原子或离子，具有空的价轨道，而配体L则有一对或一对以上的孤对电子,M和L间通过配位键结合为带电荷的配位离子或中性的配位分子。而随着社会的发展和科学技术的进步，交叉学科、新兴学科不断涌现，配位化学也与其他的相关学科交叉并产生新的生长点，互相渗透，互相发展，特别是价键理论、晶体场理论、分子轨道理论和配位场理论的提出丰富了配位化学的内容，同时也促进了与其他相关学科的交叉发展12］。近年来，科学工作者对配位化学深入的研究，其中涉及

3、到超分子化学、晶体工程学、配位聚合物、大环配合物、功能性配合物等领域。超分子化学是超越分子的化学，是分子间键的化学，与两种或两种以上的化学物种依靠分子间力结合在一起而形成的具有更高复杂性的有组织的实体有关，分子间力主要包括范德肀力（静电力、诱导力、色散力和交换力）、氢键、堆积作用（n-n堆积、n-n堆积和疏水相互作用等）和金属离子的配位键等等l3j。晶体工程学则是根据分子堆积和分子间的相互租用，将超分子化学的原理方法用于晶体的设计和制备，以期得到具有特定的物理性质和化学性质的新品体，寻求分子识别和分子组装的规律，获得具有预期功能品质的分子材料，并对分子之间的和互作用进行表征，是

4、实现从分子到材料的重要途径。溶液中的超分子结构较复杂难以精确地表征和测试，而分子晶体可以通过X-射线单晶衍射得到其精确的结构。m根据晶体的结构和性质来寻求分子识别和分子组装的规律，进而研究其潜在的应用［41。配位聚合物是有机配体L和金属离子M间通过配位键形成的具有高度规整的无限网络结构的配合物。设计合成配合物的过程中需要考虑很多影响因素，除了金属离子的配位性质（离子价数、半径、配位能力等）和配体的性质（配位原子的电负性，配体分子半径等）外，还包括阴离子，有机或无机模板分子、溶剂、反应物的物质的量比及反应体系的pH值、反应温度等影响因素，其屮配体和金属离子的性质是主要的影响因素。

5、［51有机桥联配体在金属离子屮间起到连接作用，可提供各种各样的桥联方式和配位点以单齿、多齿或桥联方式进行配位。有机桥联配体根据所带电荷可分为中性、负电性和正电性，同时根据有机配体的空间结构可以分为直线型、角形、平面三角形、四面体型等。l6j最常用的冇机连接配体为含冇N、O等能提供孤对电子的原子的刚性配体，如多羧酸、多磷酸、多磺酸、毗啶、嘧啶等m。这类新型的配合物材料在催化、分离、气体吸附、储存，以及光、电、磁等方面有十分诱人的应用前景，因而引起了科学工作者的广泛兴趣并且这一研宄领域也是极具挑战性的领域之一。相比于传统的无机固体材料，分子材料的优越性主要体现在它可以选用不同的分子

6、，通过合适的组装来获得具有某种特定功能的物质。屮心金属离子几乎涵盖了所有过渡金属元素形成的离子，甚至包括四价的金属离子。这为新的MOFs的出现提供了无数的可能。2配位聚合物单晶培养方法2.1挥发法在挥发法中，将金属盐、有机配体和溶剂按一定的比例混合成溶液放入一个小玻璃瓶中，将此小瓶罝于一个加入去质子化溶剂的大瓶中，封住大瓶的瓶口，静置一段时问后即有晶体生成。这种方法的条件比较温和，易获得高质量的单晶以用于结构分析。但该法比较耗时，而II要求反应物在室温下能溶解。2.2水热（溶剂热）法l7j水热反应原来是指在水存在下，利用高温高压反应合成特殊物质以及培养高质量的晶体。常温常压下不

7、溶或难溶的化合物，在水热条件下溶解度会增大，从而促进反应的进行和晶体的生长。水热（溶剂热）法合成MOFs就是有机配体与金属离子在溶剂屮于适当的温度和自生压力下发生的配位反应。通常是将前躯体与有机胺、去离子水、乙醇和甲醇等溶剂混合后放入密封容器，加热到一定的温度（25°C~250°C）,在自生压力（可高达lX103kPa）下反应。这种方法合成时间较短，而且解决了前躯体不溶解的问题。合成中所用溶剂有不同的官能闭、极性、介电常数、沸点和黏度等，从而可以大大地増加合成路线和产物结构的多样性。该方法具