浅谈水热合成法在晶体合成中的应用

通过介绍一些从事晶体合成工作的化学家们利用水热法合成的晶体,阐述了在合成金属有机框架化合物这个被越来越多的化学家们关注的研究方向里,水热合成法的重要应用价值。同时讨论了在水热合成法中,不同的反应条件可以使同一种有机配体构筑出结构不同的金属有机框架化合物,并且拥有不同的性质,这也充分说明了水热合成法在构筑金属有机框架化合物中具有广泛的应用范围和应用价值。     

一种新型3d-4f金属有机框架晶体材料的合成、结构及性质研究

采用水热合成法,以Nd Cl3·6H2O、Co Cl2·6H2O、2,2'-联吡啶-3,3'-二羧酸(H2bpdc)、氢氧化钠和水为原料合成了一种新型3d-4f金属有机框架晶体材料。该晶体呈红色棒状,经X-射线单晶衍射分析,其结构属单斜晶系,P21/n空间群,化学式为{[Nd2Co(bpdc)3(OH)2(H2O)2]·(H2O)2}n。通过单一变量法确定其最佳合成条件为:n(Nd3+)∶n(Co2+)∶n(bpdc)=1∶1∶1.5,溶于5 m L去离子水,以Na OH调节溶液p H≈5,150℃恒温72 h,降温速度1℃/h。热重分析表明该材料具有良好的热稳定性,在340℃以下可以稳定存在;经循环伏安法测试,此晶体材料具有良好的电化学活性。     

金属有机框架吸附材料的制备及表征

采用溶剂热合成方法,分别制备出Cu的对苯二甲酸骨架材料Cu(BDC)和Zn的沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）,对产物进行了高温煅烧处理,采用SEM和XRD对煅烧前后所得样品进行表征。结果表明Cu(BDC)和ZIF-8样品在煅烧后,样品均由不规则多边形块状颗粒转变为表面粗糙的类球形颗粒。可见煅烧可以使产物表面变粗糙,增大比表面积,有望在高效吸附剂领域得到广泛应用。     

三维钴金属有机框架的合成、晶体结构及性质研究

使六水合氯化钴与多功能有机配体2-(间溴)苯基-4,5-咪唑二羧酸(m-BrPhH3IDC)在溶剂热条件下反应,制得了网状金属有机框架{[Co3(m-BrPhIDC)2(H2O)7]·H2O}n(配合物1).采用元素分析、红外光谱、粉末X射线衍射以及X射线单晶衍射表征了其组成和结构.结果表明:钴离子在配体m-BrPhIDC3-的桥联作用下,形成了新颖的复杂三维固态结构.研究了配合物1在空气气氛下的热稳定性以及在2~300K范围内的变温磁化率,发现相邻的钴离子间存在着弱的反铁磁耦合作用.     

基于镍-对苯二甲酸的金属有机框架化合物制备及电容性能研究

以六水合硝酸镍和对苯二甲酸为原材料,以水热反应法制备了一种镍基金属有机框架化合物(MOFs)。用X射线衍射技术、循环伏安法和恒流充放电法对合成产物的结构和性能进行了表征,考察了水热反应温度和反应物的摩尔比对合成产物的结构和电容性能的影响。测试结果表明,在反应温度为180℃,硝酸镍与对苯二甲酸的摩尔比为1∶1时,合成得到的MOFs材料具有高比电容。在1 A/g的电流密度下,放电时间长达477 s,比电容高达1 403 F/g。在10 A/g的电流密度下恒流充放电1 000次后,保持了初始电容值的45%。     

金属-有机框架材料催化析氧反应的研究进展

面对日益严峻的环境问题,我国提出了“碳中和、碳达峰”的宏伟目标,清洁能源是实现双碳目标的有效手段之一。电解水制氢是一种制备清洁能源的重要方法,然而,电解水过程中析氧反应的缓慢动力学和较高过电位是妨碍水裂解效率的关键因素。金属–有机骨架材料（metal-organic framework,MOF）由于其规整的微观结构、较大的比表面积和可调的孔径等优点,被认为是电解水制氢的优异催化剂。综述了MOF材料用于催化析氧反应的最新研究进展,分析了该类材料的设计策略和催化机制。系统归纳了MOF基催化剂的各种调制策略,包括结晶度调制、电子调制、缺陷调制以及形态调制,并且对MOF材料作为析氧反应催化剂面临的挑战和机遇做出了展望。     

新型配合物[Ni（Hpdc）（2,2’-bipy）（H_2O）_2]·H_2O的合成和结构表征

采用水热法合成了一种新型配位化合物[Ni（Hpdc）（2,2’-bipy）（H2O）2].H2O（H3pdc=3,5-吡唑二甲酸,2,2’-bipy=2,2’-联吡啶）。用热重分析、元素分析、红外光谱对该配位化合物进行了表征,用X射线单晶衍射仪测定了其晶体结构。结果表明标题化合物属三斜晶系（空间群Pī）,金属离子位于一个变形八面体的中心。镍（II）以六配位的方式,与三个氧原子和三个氮原子进行了配位。构成晶胞的四个配合物分子通过氢键相互连结,芳香环间未形成π-π相互作用。     

单核和双核过渡金属羰基化合物及双核过渡金属羰基夹心化合物的理论研究

摘要：用量子化学理论方法研究了一系列过渡金属羰基化合物及第一长周期双核过渡金属羰基夹心化合物. 根据理论研究结果, 对一些早期有关过渡金属羰基化合物的实验结论提出了质疑, 对一些同族过渡金属元素原子形成的羰基化合物的结构和成键规律进行了探讨;对第一长周期过渡金属双核羰基夹心化合物进行的理论研究表明, 不饱和程度较高的V2(CO)n与其他该类化合物中仅存在金属金属多重键不同, 不仅存在金属金属多重键, 还形成一种特殊的四电子供体羰基.     

新型配合物[Ni（Hpdc）（2,2’-bipy）（H2O）2]·H2O的合成和结构表征

采用水热法合成了一种新型配位化合物[Ni(Hpdc)(2,2’-bipy)(H2O)2].H2O(H3pdc=3,5-吡唑二甲酸,2,2’-bipy=2,2’-联吡啶)。用热重分析、元素分析、红外光谱对该配位化合物进行了表征,用X射线单晶衍射仪测定了其晶体结构。结果表明标题化合物属三斜晶系(空间群Pī),金属离子位于一个变形八面体的中心。镍(II)以六配位的方式,与三个氧原子和三个氮原子进行了配位。构成晶胞的四个配合物分子通过氢键相互连结,芳香环间未形成π-π相互作用。     

一种多功能荧光识别金属-有机框架化合物的合成及表征

水热法合成一种结构新颖的配位聚合物:[Zn3(cbda)2(H2O)2]n(H3cbda=1-(3-羧基苄基)苯并咪唑-5,6-二羧酸),运用X-射线单晶衍射、红外光谱、X-射线粉末衍射、热重分析等进行了结构表征;X-射线单晶衍射表明配位聚合物中锌离子采取三角双锥构型和扭曲的八面体构型,基于两种构型形成了{ZnO5}和{ZnO4N2}两种结构单元,通过共价键将两种结构单元有序联结,进而组装成为三维空间结构;荧光性能测试表明配位聚合物对色氨酸、硝基苯和Fe3+具有良好的荧光识别性能.     

一种新型含锌金属有机框架材料的合成及荧光性能研究

利用硝酸锌和1,2,4-三氮唑为原料制备了一种结构新颖的金属有机框架材料(Zn-MOF),晶胞参数为:a = 7.64Å b = 9.96Å, c = 17.55Å, α = β= γ = 90°。并对其进行了红外光谱测试、热重分析、单晶和粉末X射线衍射等结构表征,对其荧光性能进行了研究。结果表明:该化合物能够定量检测水环境中的Fe³⁺的浓度,检测限为1.0×10^-7 M。     

氨基修饰MIL-101金属-有机骨架化合物的制备、表征及其对Knoevenagel反应的催化性能

采用后处理法将氨基接枝到具有开放金属位的金属-有机骨架化合物MIL-101上,利用XRD、N2吸附—脱附、元素分析等手段对材料进行了表征,并考察了其对Knoevenagel反应的催化活性.结果表明,在不破坏母体骨架结构的同时,氨基被成功地引入MIL-101骨架结构中;氨基修饰的MIL-101对Knoevenagel反应具有很高的催化活性:当催化剂量为0.05 g、反应时间为1 h时,苯甲醛的转化率可以达到97%,并且材料在循环使用过程中不存在氨基流失的情况.     

金属-有机凝胶的制备、表征及应用

金属-有机凝胶(Metal-Organic Gel,MOG)是在超分子有机凝胶的基础上引入金属原子而形成的一种半固体状的软材料.这类材料在催化、气体吸附、化学传感器等领域具有潜在的应用价值.在文献调研的基础上,对金属-有机凝胶常用的制备、结构表征方法及其在催化领域的应用作了简要的综述,并对其应用前景进行了展望.     

一种新颖的金属有机镉配合物的合成及荧光性质研究

本研究运用水热法合成了结构新颖的金属有机框架物C₂₈H₃₂Cd₃N₂O₂₃.通过X线单晶衍射、X线粉末衍射、TG-DTA等手段对其进行分析,结果表明该化合物属于三斜晶系空间群Pccn,a=1.847 4(14) nm,b=1.220 7(9) nm, c=1.615 4(9) nm,热稳定性较好.此外,对其进行荧光分析,发现加入Fe³⁺,Zn²⁺,K⁺,Co²⁺时,只有Fe³⁺对该化合物的荧光猝灭效果最好.利用这一特性,该化合物可作为检测Fe³⁺的荧光探针.     

锆基卟啉金属有机框架的合成和性质研究

卟啉广泛存在于自然界,因其优异的光物理和电化学性能而备受关注.然而,卟啉的不稳定性、自猝灭和水溶性差等固有缺陷限制了它在生物学领域的应用.近年来,在金属有机框架(MOFs)中引入卟啉分子或利用卟啉作为有机连接剂构建卟啉金属有机框架(PMOFs)成为研究焦点. PMOFs既可以克服卟啉的局限性,又兼具卟啉与MOFs各自的独特性.文章通过改变反应条件,合成了3种不同形貌特征的锆基卟啉金属有机框架PCN-224,这种材料不仅保持了卟啉在红光照射下产生单线态氧(¹O₂)的特点,还可作为药物载体,为PMOFs的结构调控和生物学应用提供了新思路.     

钛族金属对苯二甲酸框架材料对水溶液中染料和金属离子的吸附性能

通过溶剂热法合成了一系列高价态金属源的金属-有机框架材料(MOF).选取亚甲基蓝(MB)和Cr(Ⅵ)为研究对象,研究MOF-Ti, MOF-Zr, MOF-Hf对染料和金属离子的吸附效果,发现比表面积较大的Ti构筑的MOF-Ti吸附效果最优,讨论了其动力学、等温线和热力学.通过改变吸附时间、初始浓度、pH、温度等,探究MOF-Ti对MB和Cr(Ⅵ)的吸附规律与吸附机理.     

基于机器学习高通量筛选吸附甲烷的金属有机框架材料

采用决策树（DT）模型及其衍生的随机森林（RF）模型、极端随机树（ET）模型和梯度提升树（GBDT）模型,对用于甲烷吸附的金属有机框架材料（MOFs）进行了高通量的计算筛选。利用1 800种材料的特征向量数据,计算了特征向量之间的相关性并进行重要度分析,发现材料的结构特征与化学信息特征的相关性不大,但是结构特征的重要度较高。将数据库中的1 260种材料作为训练集并使用上述4种机器学习模型进行训练,再将剩余的540种材料作为测试集对模型的筛选结果进行比较和评估。接收者操作特征（ROC）曲线和查准率-查全率（PR）曲线结果表明,GBDT模型自身稳定性强且预测结果精度高,因而成为筛选吸附甲烷的高性能金属有机框架材料的最佳模型。针对RF模型和GBDT模型进行参数优化,发现协调单个决策树的个数和决策树节点的分裂特征数量能够有效改善RF模型的性能,而调节回归树的学习速率和迭代次数可有效改善GBDT模型性能。最后基于540种材料的测试集,利用GBDT模型筛选出前20种高性能吸附材料,分析了它们的主要特征向量与甲烷吸附量之间的关系。     

无机-有机杂化钼磷、钒钼磷多酸化合物的合成与结构

通过对V2 O5 ,Na2 MoO4·2H2 O ,HF ,Ni(NO3) 2 ·6H2 O ,H3PO4和吡啶体系水热反应的研究 ,合成并表征了无机 -有机杂多酸化合物 [C5 H6 N] 3[C5 H5 N][PMo12 O40 ] ( 1 ) ,[C5 H6 N] 4[PVMo11O40 ] ( 2 )和 [C5 H6 N] 4[HPV2 Mo10 O40 ] ( 3 ) .化合物( 1 )属单斜晶系 ,C/ 2c空间群 ,a =2 .1 867( 6)nm ,b =1 .3 978( 4)nm ,c =1 .663 3( 3 )nm ,β =1 0 5.73 ( 1 0 )°,V =4 .893nm3,R =0 .0 60 4 ,Z =4 ;化合物 ( 2 )属单斜晶系 ,C/ 2c空间群 ,a =2 .1 858( 4)nm ,b =1 .3 971 ( 3 )nm ,c =1 .663 5( 3 )nm ,β =1 0 5.83 ( 3 )°,V =4 .8873 ( 1 7)nm3,Z =4 ,R =0 .0 4 63 ;化合物 ( 3 )属单斜晶系 ,P2 1n空间群 ,a =1 .1 1 2 2 ( 2 )nm ,b =1 .94 1 2 ( 3 )nm ,c=1 .2 4 84 ( 3 )nm ,β =99.89( 3 )°,V =2 .6565( 9)nm3,Z =2 ,R =0 .0 690 .     

Fe-Al金属间化合物基叠层复合材料的界面表征及生长动力学研究

将SUS441不锈钢薄板和1060纯铝薄板交替叠放后,经“轧制复合—合金化退火”工艺制得 Fe-Al金属间化合物基叠层（Fe-Al metal-intermetallic-laminate,Fe-Al MIL）复合材料。采用光学显微镜（optical microscope, OM）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）、X射线衍射仪（X-ray diffractometer, XRD）等设备测试了不同热处理制度下Fe-Al MIL复合材料的界面微观组织形貌、物相组成及化合物生长行为。结果表明：在640 ℃退火时,均匀层的主要物相为Fe₂Al₅,且有原子分数为5%～6%的Cr固溶于该均匀层;在高于640 ℃退火时,除由Fe₂Al₅相组成的均匀层之外,化合物层还出现了明显的由Fe₄Al₁₃相和Cr₂Al₁₃相组成的两相层,且两相层交界处有Al_5.50Cr_1.95Fe_2.55相析出;金属间化合物的厚度随退火温度的升高及时间的延长而增加,Fe₂Al₅相的生长规律满足抛物线法则,其生长激活能为192.28 kJ/mol。     

基于金属有机框架材料的C2烃类吸附分离研究进展

乙烷、乙烯、乙炔这3种C2烃类在石油化工领域应用广泛,其分离纯化过程是进行化工生产的一个重要步骤．因C2烃类物理性质与分子尺寸都比较接近,对其进行分离提纯是分离领域的难题,目前工业上采用的主要是低温蒸馏法,但其能耗大,对设备要求高;吸附分离法被认为是一种能够降低能耗的有效手段,作为吸附剂的金属有机框架（MOFs）材料因其结构多样,比表面积高,孔道易于设计和功能化而备受关注,同时被认为在C2烃类节能分离领域具有很好的应用前景．本文对近年来基于MOFs材料的C2烃类吸附分离的研究作了归纳总结,主要从MOFs材料结构与分离性能间的关系出发,以不同的分离机制对C2烃类的分离作了介绍说明,探讨了其所存在的问题,并进行了展望．