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磺酸胺双配体氢键有机框架的构建及其应用认领

作者：

范志文

学位授予单位：

福建师范大学

摘要：

自金属阳离子和有机分子配体构建多孔网络结构的金属有机框架材料和多孔配位聚合物被报道以来,利用有机小分子配体通过分子间作用力构建具有有序结构的晶体材料引起了人们的强烈兴趣和关注,并被广泛应用于选择性气体分离/储存、质子传导、催化、分子识别、光学和生物医学等领域。其中就包括了氢键有机框架(HOFs)、超分子有机框架(SOFs)、多孔有机盐(POSs)、多孔分子晶体(PMCs)或有机晶态材料(COMs)。与其他孔材料相比,氢键有机框架材料具有独特的溶液可加工性、高结晶结构、良好的可回收性、易于纯化等自身固有的优势,但是又由于氢键的灵活和较弱的键能等特点通常使HOFs变得脆弱,难以保持永久的孔隙,这大大阻碍了这类材料的开发和应用。因此,开发稳定且拥有高性能的氢键有机框架材料成为了新时代能源材料领域一个热门的研究命题。本论文中,我们利用有机磺酸和有机胺作为配体,合成了具有不同结构的氢键有机框架材料,并通过改变配体的溶解环境(调节溶液的p H值或者加入不同的模板剂)设计出了不同构的材料。利用1,5-萘二磺酸和4,4’-磺酰二氨构建的有了两种不同构的有机晶态材料FJU-362和Crystal 9,研究了质子化程度的不同在质子传导性能上的差异,并通过结构和固体核磁演示了质子传导的机理。随后,我们巧妙地利用日落黄和对苯二甲酰亚胺作为合成子,通过电荷辅助氢键构建了一个稳定的氢键有机框架材料FJU-360,材料拥有远强于单配体的荧光强度,同时对苯胺显示出了灵敏的反应,通过计算,我们揭示了材料荧光强度随苯胺浓度变化的内在机理。最后利用疏水溶剂驱动,通过1,5-萘二磺酸和三苯基甲胺在甲醇溶液中的组装,成功得到了一例氢键有机框架FJU-351,由于FJU-351拥有在空气中“水自愈”的性质,我们通过柱层析的方法研究了材料无热浓缩过氧化氢的性能。文中涉及到的磺酸配体包括1,5-萘二磺酸、日落黄,有机胺类配体包括4,4’-磺酰二氨,三苯基甲胺和对苯二甲脒(盐酸盐)。通过自组装的方式合成了5种有机晶态材料。丰富的配体选择进一步拓展了氢键有机框架材料的合成子应用,同时也丰富了晶体网络工程。我们利用单晶X射线衍射,X-射线粉末衍射,傅里叶变换红外光谱,热重分析,元素分析等手段对晶态材料进行了表征,根据不同的结构研究了材料的质子传导、分离、荧光响应等性质,并进一步分析了应用机理。

摘要译文

关键词：

氢键有机框架材料; 电荷辅助氢键; 质子传导; 苯胺检测; 过氧化氢; 无热浓缩

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

有机化学

导师：

刘楚龙

中图分类号：

O641.4[络合物化学（配位化学）]

学科分类号：

070304[物理化学];081704[应用化学];081706[分子化工]

D O I：

10.27019/d.cnki.gfjsu.2022.001503