过渡金属有机框架材料的合成、表征及荧光性质研究

作     者：谷宇 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗小龙

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：金属有机骨架材料 半刚性配体 金属离子与硝基爆炸物检测 气体吸附与分离 染料吸附 

摘      要：金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks,简写为MOFs）是一种由无机金属和有机配体自组装而成的多孔材料,兼具无机和有机材料的优点。凭借其可调的孔隙率、较高的热稳定性,MOFs材料已成为荧光传感器的优秀候选者。且通过将其他荧光分子引入MOFs材料中,可以进一步提高MOFs材料荧光传感器的准确性、灵敏度、选择性和线性范围,基于上述优点,MOFs材料可广泛应用于溶液中金属离子、硝基爆炸物以及有机染料的吸附。 因此,本论文中,我们选用了具有强π-共轭效应的半刚性配体1,3-双（2-苯并咪唑）苯（Hbbimb）和1,1,2,2-四（4-羧基苯基）乙烯（Htcpe）作为有机配体,采用溶剂热的方法,分别与硝酸银[AgNO]、硝酸锌[Zn（NO）]和硝酸镉[Cd（NO）]三种不同的金属盐进行反应,通过调节反应温度、时间、物料和溶剂种类等成功构筑了四种结构新颖的MOFs材料,并分别对结构与性质进行了研究。 1.我们成功合成了一种具有发光性质的Ag-MOF材料,[Agbbimb]·DMF（化合物1）,并对其结构进行了表征,测试结果表明化合物1是由Ag和bbimb配体相互连结而成,具有罕见的LON拓扑结构。荧光测试结果表明化合物1对Fe和2,4,6-三硝基苯酚（TNP）有较好的猝灭效果,并且在其他金属离子或爆炸物存在的情况下依旧不受影响,可以作为检测Fe和TNP的荧光探针,其中对Fe的K值高达9.3×10～3,经五次循环后对TNP依旧具有较好的检测能力,证明其是一种具有识别Fe和TNP潜力的发光传感器。 2.我们合成并表征了基于Zn和Cd的三种MOFs材料[Zn（tcpe）（3-AT）]·DMF·3DMA·HO（化合物2）、[Zn（tcpe）（TR）]·DMF·3DMA·HO（化合物3）、[Cd（tcpe）（3-AT）]·2DMF·4DMA·0.5HO（化合物4）。化合物2-4都能够有效吸附亚甲基蓝（MLB）、甲基紫（MV）、罗丹明B（RhB）、中性红（NR）等常见染料以及碱性红9（BR9）和碱性紫14（BV14）等致癌染料,其中化合物2对MLB的最大吸附量可达为769 mg·g。化合物2、3对小分子气体CO、CH、CH、CH、CH、CH等也有良好的吸附能力,并通过IAST计算发现化合物2对CH/CH（0.5/0.5）的分离比为369.13,高于化合物3。化合物4对MLB的最大吸附量为729 mg·g。实验结果表明,化合物2-4均可在甲基橙（MO）与致癌染料的混合溶液中选择性吸附两种致癌染料表明这几种MOFs材料在吸附小分子领域表现出优异的研究前景。