一种铜配位聚合物的合成及其对Fe3+和对硝基苯酚的荧光传感

在水热条件下,基于H₅depa配体和2,2''-bpy配体设计并合成了一个配位聚合物{[Cu₂(Hdepa)(2,2''-bpy)₂(H₂O)₂]·2H₂O}_n(H₅depa=2,2'',3,4'',5-二苯醚五羧酸,2,2''-bpy=2,2''-联吡啶)。用元素分析、红外光谱、单晶X射线衍射和热稳定性分析对其进行了结构表征。配位聚合物1中2个中心Cu²⁺离子均采用五配位模式,呈三角双锥几何构型。未完全去质子化的Hdepa^4-配体采用了μ₄-η¹-η¹-η¹-η¹配位方式。其二维层之间通过弱的氢键相互作用扩展为三维超分子网状结构。1可作为一种高灵敏度、选择性好、多响应的荧光传感器,可快速检测Fe³⁺和对硝基苯酚(4-NP),此外还研究了其荧光猝灭机理。     

基于3，3′，4，4′-四羧基偶氮苯构筑的三个金属配合物的合成、晶体结构及性质

在水热条件下利用H₄ddb配体合成了3个过渡金属配合物[Co₂（ddb）（phen）₂（H₂O）₆]·3H₂O（1）,[Co（ddb）_0.5（bpy）_0.5（H₂O）₃]_n（2）和{[Ag（dpe）]·0.5（H₂ddb）·H₂O}_n（3）（H₄ddb=3,3'',4,4''-四羧基偶氮苯,bpy=4,4''-联吡啶,dpe=1,2-二（4-吡啶基乙烯））,并用元素分析、红外光谱、X射线粉末衍射、X射线单晶衍射对其进行了表征。配合物1为双核结构,基于丰富的氢键作用扩展形成三维超分子网结构。配合物2为基于钴离子通过ddb^4-配体以μ₄：η¹,η¹,η¹,η¹的配位模式连接而成的二维网结构。配合物3是由Ag（Ⅰ）离子与dpe配体形成的直链结构,客体分子H₂ddb^2-通过氢键作用将其扩展为三维超分子结构。此外还研究了配合物1~3的荧光性质和热稳定性。     

基于异构三联苯-2，2″，4，4″-四羧酸构筑的单水桥钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)配位聚合物的合成、结构及磁性质

使用异构三联苯-2,2″,4,4″-四羧酸配体(m-H₄tpta和p-H₄tpta),通过水热法合成了2例新的单水桥Co (Ⅱ)/Ni (Ⅱ)金属链状配位聚合物[Co (m-H₂tpta)(H₂O)₃]_n(1)和{[Ni₂(p-tpta)(H₂O)₆]·2H₂O}_n(2)。其结构通过FT-IR、元素分析、X射线单晶及粉末衍射进行了表征。在结构上,金属离子呈现出轻微扭曲的八面体几何构型,通过单水分子桥连接形成了一维金属链,异构H₄tpta配体分别采用μ₁-η¹∶η⁰∶η¹∶η⁰和μ₄-η¹∶η¹∶η¹∶η¹配位模式与金属离子连接,形成一维链和三维网状结构,配合物2表现出(4,4)-连接的NbO型的三维拓扑网络结构。磁性方面,配合物1的Co(Ⅱ)离子间通过μ₂-H₂O桥传递表现出反铁磁相互作用。配合物2也展现出Ni(Ⅱ)离子间的反铁磁耦合作用,与磁耦合Ni—Ow—Ni角有关。     

两个基于4-羧酸-2,2':6',2"-三联吡啶的铜配合物的合成、晶体结构及性质

水热法合成了2个配合物{[Cu₂(L)₂(tp)]·2H₂O}_n (1)和[CuL(ClO₄)]_n (2)(L=4-羧酸-2,2'':6'',2"-三联吡啶,H₂tp=对苯二甲酸)。对其晶体结构进行了分析,结果表明配合物1和2都通过配体和金属离子组装成一维链结构;配合物1属于三斜晶系,P1空间群,并通过链间的氢键作用形成三维的网状结构;配合物2通过链与链间的氢键作用形成二维的层状结构。对其热稳定性和荧光性质进行了研究。     

3,5-二(2',5'-苯二羧酸)苯甲酸构筑的金属有机配合物的荧光识别及磁性

设计合成了3种新颖的金属有机配合物（MOCs）：{[Pb₂（HL）（phen）]·2H₂O}_n（1）,{[Ni（H₃L）（4,4''-bipy）_1.5（H₂O）₄]·6H₂O}_n（2）和{[Ni₂（HL）（1,4-bibb）（H₂O）]·（CH₃CN）·H₂O}_n（3）（H₅L=3,5-二（2'',5''-苯二羧酸）苯甲酸,phen=1,10-菲咯啉,4,4''-bipy=4,4''-联吡啶,1,4-bibb=1,4-二（苯并咪唑）苯）,并通过单晶X射线衍射、红外光谱（IR）、热重分析（TG）和粉末衍射对它们进行结构表征。结构分析表明1是基于[Pb₂（μ₂-COO）₂（μ₁-COO）₄]SBUs的一维链状结构;2是二维层状结构,其拓扑符号为{4.6²}₂{4².6².8²};3是一个3D网络结构,其拓扑符号为{6².8⁴}{6⁴.8²}₂。进一步研究了配合物荧光和磁性能。荧光检测显示,配合物1在水溶液中可以高灵敏识别Fe³⁺和Cr₂O₇^2-离子。同时研究了配合物1对Fe³⁺和Cr₂O₇^2-猝灭机理。磁性分析表明配合物3中的Ni（Ⅱ）离子之间存在反铁磁相互作用。     

基于一个四羧酸配体构筑的具有(4,8)-连接的镧系金属-有机框架材料及对小分子的检测试验

以3,3'',5,5''-四-（羧基苯基）联苯为配体（H₄L）,与镧系金属Ln（Ⅲ）盐反应,自组装形成了5个具有三维孔洞结构的镧系金属-有机框架材料：{[Ln₃L₂(H₂O)₇]·(OH)·10DMA}_n(Ln=Gd (1a); Ln=Ho(2a), {[Ln₃L₂(H₂O)₃]·(OH)·mDMA}_n (Ln=Er,m=10(1b); Ln=Yb, m=9(2b); Ln=Lu, m=10(3b))。单晶X射线衍射分析表明,这些MOFs属于2种系列的类质同晶化合物,分别属于正交晶系Ccca空间群和单斜晶系C2/c空间群。有机小分子溶剂交换荧光研究发现,2b对小分子二氯甲烷和甲苯荧光有增强效应,表现出良好的荧光探测功能。     

一种高灵敏、多响应的Zn-MOF荧光传感器对Fe3+、2，4，6-三硝基苯酚和奥硝唑的检测

在水热条件下基于H₄bta(1,2,3,5-苯四酸)和bpy(4,4''-联吡啶)配体设计、合成了一个锌的金属有机骨架(Zn-MOF){[Zn₂(bta)(bpy)(H₂O)₂]·H₂O}_n(1),并用元素分析、红外光谱、X射线单晶衍射等对其进行了结构表征。MOF 1为三维网状结构。完全去质子化的(bta)^4-配体采用了μ₆-η¹-η²-η²-η¹螯合桥联配位方式。有意思的是,MOF 1是一种高灵敏度、选择性好、多响应的荧光传感器,可用于Fe³⁺、2,4,6-三硝基苯酚和奥硝唑的快速检测。此外还研究了1的热稳定性。     

基于2-(4'-羧基苯基)咪唑-4,5-二羧酸构筑的三个镉/锌配位聚合物的合成、拓扑结构、荧光光谱及DNA作用

以2-（4''-羧基苯基）咪唑-4,5-二羧酸（H₄CPhIDC,C₁₂H₈N₂O₆）为配体,用溶剂热合成了3种配位聚合物{[Cd₂（CPhIDC）（bimb）]·H₂O}_n（1）、{[Cd₂（CPhIDC）（phen）₂]·3H₂O}_n（2）、{[Zn₂（CPhIDC）（bpp）]·1.5H₂O}_n（3）（bimp=1,4-双咪唑基-丁烷,phen=1,10-菲咯啉,bpp=1,3-双（4-吡啶基）-丙烷）。用元素分析、红外光谱、粉末X射线衍射和单晶X射线衍射对配合物进行了表征和结构分析。结构分析表明,主配体以完全去质子化CPhIDC^4-的形式与中心金属离子形成以μ₄和μ₅为配位模式的二维及三维聚合物。配合物1和3是三维网络结构,同时呈现（3,4,5）-连接的（5·6·7）（4·5²·6·7²）（4·5²·6·7⁴·8²）拓扑结构,两者的不同之处是中心离子和辅助配体。配合物2是二维波纹状渔网结构,呈现4⁴·6²拓扑结构,在其空间填充上又类似于DNA双螺旋链的单螺旋结构。测定了产物的固体荧光光谱;用EtBr荧光探针法研究了配体及配合物与ct-DNA的相互作用。     

5-甲基-3-吡唑甲酸构筑的两个锰(Ⅱ)/镍(Ⅱ)配合物的合成、结构、电化学及荧光性质

将5-甲基-3-吡唑甲酸（H₂MPCA）与Mn（Ⅱ）或Ni（Ⅱ）金属盐反应合成了2个新的配合物：[Mn（HMPCA）₂（H₂O）₂]（1）和[Ni（HMP-CA）₂（2,2''-bpy）]·2H₂O（2）（2,2''-bpy=2,2''-联吡啶）。在单核配合物1和2中,每个金属离子均为八面体配位构型,其中HMPCA^-配体均采取的是N,O-螯合的配位模式。在配合物1中的分子间氢键N—H…O和O—H…O作用下,[Mn（HMPCA）₂（H₂O）₂]配位单元堆积成含有1D纳米管道的3D超分子结构。在2中,[Ni（HMPCA）₂（2,2''-bpy）]单元和结晶水分子之间在分子间氢键作用下,形成了1D链状结构,相邻的链之间通过分子间的π…π作用形成了3D超分子结构。还考察了配合物1和2的电化学性质和荧光性能。     

基于3,5-二((4'-羧基苄基)氧)苯甲酸和4'-(4-吡啶基)-2,2':6',2"-三联吡啶为混合配体的两个配合物的水热合成与晶体结构

在水热条件下,以3,5-二((4''-羧基苄基)氧)苯甲酸(H₃bcb)和4''-(4-吡啶基)-2,2'':6'',2"-三联吡啶(PYTPY)为混合配体构筑了2个过渡金属配合物[Co(H₂bcb)₂(PYTPY)]_n(1)和[Mn(H₂bcb)₂(PYTPY)]_n(2),利用元素分析、红外光谱以及单晶X射线衍射表征其结构。分析表明配合物1和2为一维链状结构。此外,2个配合物展示了优良的热稳定性。磁化率的测试结果表明,配合物1和2在2 K和8 K以下时展示了反铁磁相互作用。     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

MgH2+20%(w)MgTiO3复合材料的吸/放氢性能

为了降低MgH₂的吸放氢温度, 提高其吸放氢动力学性能, 本文通过球磨方法制备了MgH₂+20%(w)MgTiO₃复合储氢材料, 并研究了其储氢性能. X射线衍射(XRD)结果表明, MgTiO₃在与MgH₂球磨过程中生成Mg₂TiO₄和TiO₂, 并且Mg₂TiO₄和TiO₂在体系的吸放氢过程中保持稳定, 能够对MgH₂的吸放氢过程产生催化作用. 程序升温脱附和吸/放氢动力学测试结果表明, 添加MgTiO₃后MgH₂的初始放氢温度从389 ℃降至249 ℃.150 ℃下的吸氢量从0.977%(w)提高到2.902%(w), 350 ℃下的放氢量从2.319%(w)提高到3.653%(w). 同时, MgH₂放氢反应的活化能从116 kJ·mol^-1降至95.7 kJ·mol^-1. 与MgH₂相比, MgH₂+20%(w) MgTiO₃复合材料的热力学与动力学性能均有显著提高, 这主要是由于球磨和放氢过程中原位生成的TiO₂和Mg₂TiO₄具有良好的催化活性.     

二聚体C2H4-nFn···LiH (n=0, 1, 2)中π锂键的性质和弱方向性

采用二级微扰理论(MP2)量子化学研究方法, 对C₂H_4-nF_n···LiH (n=0, 1, 2)二聚体的结构和π锂键性质进行了分析. 结果表明氟原子的取代改变了乙烯分子的π电子云形状, 从而使二聚体体系中的π锂键发生偏移、伸长和弯曲. 通过与类似的π氢键体系C₂H_4-nF_n···HF (n=0, 1, 2)比较, 发现π锂键在二级弱相互作用的影响下, 发生了明显的弯曲, 表现出弱的方向性. 在CCSD(T)/6-311++G(3df, 3pd)理论水平下, 二聚体的相互作用能强弱顺序为: 33.85 kJ·mol^-1 (C₂H₄-LiH)>27.32 kJ·mol^-1 (C₂H₃F-LiH)>21.34 kJ·mol^-1 (cis-C₂H₂F₂-LiH)>20.25 kJ·mol^-1 (g-C₂H₂F₂-LiH), 说明氟取代削减了乙烯分子与LiH之间的相互作用.     

Ge4+、Sn4+掺杂尖晶石LiMn2O4的合成与电化学表征

使用Ge⁴⁺、Sn⁴⁺作为掺杂离子, 通过高温固相法制备四价阳离子掺杂改性的尖晶石LiMn₂O₄材料. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明, Ge⁴⁺离子取代尖晶石中Mn⁴⁺离子形成了LiMn_2-xGe_xO₄ (x=0.02,0.04, 0.06)固溶体; 而Sn⁴⁺离子则以SnO₂的形式存在于尖晶石LiMn₂O₄的颗粒表面. Ge⁴⁺离子掺入到尖晶石LiMn₂O₄材料中, 抑制了锂离子在尖晶石中的有序化排列, 提高了尖晶石LiMn₂O₄的结构稳定性; 而在尖晶石颗粒表面的SnO₂可以减少电解液中酸的含量, 抑制酸对LiMn₂O₄活性材料的侵蚀. 恒电流充放电测试表明, 两种离子改性后材料的容量保持率均有较大幅度的提升, 有利于促进尖晶石型LiMn₂O₄锂离子电池正极材料的商业化生产.     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

TiO2柱撑海泡石负载Ni2P的噻吩加氢脱硫性能

以氢氧化镍为镍源, 亚磷酸为磷源, TiO₂柱撑海泡石(Ti-Sep)为载体, 采用浸渍法制备了含磷化镍前驱体的样品, 然后采用程序升温还原法制备了Ni质量分数(w)为5%-25%的Ni₂P/Ti-Sep催化剂, 并考察了其噻吩加氢脱硫性能. 采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱对催化剂样品进行了表征. 结果表明, 海泡石经TiO₂柱撑之后层间距增大, 比表面积和孔容都明显变大, 热稳定性增强, 活性组分Ni₂P能很好地分散在海泡石层间及表面, 并且没有破坏海泡石的层状结构. 上述原因导致Ni₂P/Ti-Sep催化剂的噻吩加氢脱硫活性明显优于Ni₂P/Na-Sep(NaCl改性海泡石)和Ni₂P/HCl-Sep(HCl改性海泡石)催化剂. 当Ni负载量为15% (w)时, Ni₂P/Ti-Sep催化剂具有最好的噻吩加氢脱硫性能; 在反应温度为400℃时, 噻吩转化率达100%.     

氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能

通过电化学剥离法在石墨棒表面构筑了层数不等、彼此平行且垂直于基底的二维石墨纳米片(GNS)阵列, 而后采用阴极还原电沉积法在GNSs 表面均匀地包覆了一层氧化钌(RuO₂·xH₂O)薄膜, 形成了RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极. 电化学测试表明, RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极具有优良的超电容性能, 在0.5mol·L^-1 H₂SO₄电解质溶液中, 扫描速率为5 mV·s^-1, 电位窗口为0.9 V时, 其比电容高达4226 F·m^-2, 并且具有优异的循环性能, 经过20000圈充放电循环后, 电容保持率高达94.18%.     

SnO2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用

在电场的作用下对石墨棒进行电化学剥离, 使其表面形成相互平行排列, 且垂直于石墨棒基底的二维(2D)石墨纳米片阵列(GNSA). 然后通过阴极还原电沉积法制备SnO₂/石墨纳米片阵列(SnO₂/GNSA)复合电极.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征.电化学测试表明该复合电极具有优异的超电容性能, 在0.5 mol·L^-1 LiNO₃电解质中, 扫描速率为5 mV·s^-1, 电位窗口为1.4 V时, 比电容达4015 F·m^-2. 由SnO₂/GNSA复合电极和相同电解质组装成的对称型超级电容器, 在扫描速率为5 mV·s^-1时, 其电位窗口可增至1.8 V, 能量密度达到0.41 Wh·m^-2, 循环5000 圈后其比电容仍保持为初始比电容的81%.     

单分散SnO2中空微纳米球的制备和性质

模板法是制备无机中空微纳米球的重要方法之一. 本文以苯乙烯为单体, 通过乳液聚合得到粒径约为620 nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球. 以磺化后的聚苯乙烯(PSS)微球为模板, 利用阴阳离子静电吸附作用, 将PSS与前驱体SnSO₄中的Sn²⁺结合. 通过Sn²⁺在乙醇-水介质中的水解作用得到核-壳复合结构, 再经高温煅烧, 得到SnO₂中空微纳米球. 实验对前驱体的浓度、表面活性剂的用量、反应时间及模板选择等方面做了研究,通过扫描电镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、红外(IR) 光谱、热重分析(TGA)、H₂ 程序升温还原(H₂-TPR)、Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积等技术深入探究SnO₂中空微纳米球的结构, 并对比中空SnO₂与实心粒子的氧化还原特性. BET和H₂-TPR显示将SnO₂制备成微纳米空心球后其比表面积增大, 表面氧空位明显增多, 氧化活性明显提高. 从IR 及XRD推断核-壳结构形成机理, 进而优化出简单合理的实验方案, 获得表面光滑、结构致密, 包覆厚度可控的SnO₂中空微纳米球.     

金红石相TiO2-石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料, 用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO), 以异丙醇钛为钛源经一步水热法制备得到金红石相TiO₂-石墨烯复合材料(rGO-TiO₂), 考察了氧化石墨烯用量对复合材料光催化性能的影响. 采用X射线衍射(XRD), 比表面积(BET), 透射电镜(TEM), 扫描电镜(SEM), 拉曼光谱, 紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱(PL)等测试手段对复合材料进行表征. 结果表明: 复合材料中TiO₂为针簇状结构的金红石相, 与石墨烯能够均匀复合; 与纯金红石相TiO₂相比, 复合材料具有较大的比表面积. 研究了该复合材料在紫外光下对罗丹明B 以及可见光下对甲基橙光降解效果. 当氧化石墨烯浓度为0.5 mg·mL^-1时, 制备得到的复合材料rGO-TiO₂具有较好的光催化效果.