基于含氮雜環(huán)羧酸類配體構(gòu)筑的Ln-Cd金屬-有機(jī)發(fā)光材料

基于含氮雜環(huán)羧酸類配體構(gòu)筑的Ln-Cd金屬—有機(jī)發(fā)光材料摘要:

本文提出了一種基于含氮雜環(huán)羧酸類配體構(gòu)筑的Ln/Cd金屬—有機(jī)發(fā)光材料，通過制備不同種類的配體及其與Ln/Cd金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)，得到了具有不同組成和結(jié)構(gòu)的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料，并對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了表征和探討。結(jié)果表明，所合成的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料均具有較好的熒光性質(zhì)，并顯示出多種激發(fā)方式下的發(fā)光行為，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:

含氮雜環(huán)羧酸,配體,Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料,光學(xué)性能,發(fā)光行為

Abstract:

Inthispaper,akindofLn/Cdmetal-organicluminescentmaterialbasedonnitrogen-containingheterocycliccarboxylicacidligandswasproposed.DifferenttypesofligandswerepreparedandtheircoordinationreactionswithLn/CdmetalionswerecarriedouttoobtainLn/Cdmetalorganicframeworkmaterialswithdifferentcompositionsandstructures.Theopticalpropertiesofthesynthesizedmaterialswerecharacterizedanddiscussed.TheresultsshowedthatthesynthesizedLn/Cdmetal-organicframeworkmaterialshadgoodfluorescencepropertiesanddisplayedluminescentbehaviorundermultipleexcitationmodes,whichhadpotentialapplicationvalue.

Keywords:

Nitrogen-containingheterocycliccarboxylicacid,ligand,Ln/Cdmetal-organicframeworkmaterial,opticalproperties,luminescentbehavior

1.引言

隨著科技的進(jìn)步和人類對(duì)于發(fā)光材料的需求日益增加，發(fā)光材料的研究變得越來越重要。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)發(fā)光材料因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度和優(yōu)異的耐熱、耐光等性能而被廣泛使用。然而，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)發(fā)光材料的研究還面臨著一些困難，例如制備成本高、穩(wěn)定性差、可塑性不佳等問題。

針對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)發(fā)光材料所存在的問題，金屬有機(jī)發(fā)光材料的研究應(yīng)運(yùn)而生。金屬有機(jī)發(fā)光材料具有結(jié)構(gòu)多樣、可調(diào)性強(qiáng)、發(fā)光性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，在LED、有機(jī)太陽(yáng)能電池、生物成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

本文以含氮雜環(huán)羧酸為配體，構(gòu)筑Ln/Cd金屬—有機(jī)發(fā)光材料。通過制備不同種類的配體及其與Ln/Cd金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)，得到了具有不同組成和結(jié)構(gòu)的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料。并對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了表征和探討。本文的研究結(jié)果對(duì)于金屬有機(jī)發(fā)光材料的應(yīng)用和研究具有一定的參考意義。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1化學(xué)試劑

2.2合成配體

2.3制備Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料

2.4表征方法

3.結(jié)果與討論

4.結(jié)論

本文構(gòu)筑了一種基于含氮雜環(huán)羧酸類配體的Ln/Cd金屬—有機(jī)發(fā)光材料。通過制備不同種類的配體及其與Ln/Cd金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)，得到了具有不同組成和結(jié)構(gòu)的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料。對(duì)所合成的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行了光學(xué)性能的表征和探討，結(jié)果表明所合成的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料具有較好的熒光性質(zhì)，并顯示出多種激發(fā)方式下的發(fā)光行為，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1化學(xué)試劑

化學(xué)試劑包括化學(xué)純無(wú)水乙醇、二甲基甲酰胺、乙酸、乙酰丙酮等，均為分析純級(jí)別。

2.2合成配體

以對(duì)苯二酸和1,2-乙二胺為起始原料，通過縮合反應(yīng)合成10種含氮雜環(huán)羧酸配體，分別為PyDC、PyTC、PyBC、PyImC、2-PyDC、2-PyTC、2-PyBC、2-PyImC、BzDC和BzTC。

以PyDC為例，合成方法如下：

將對(duì)苯二酸(1mmol)和1,2-乙二胺(2mmol)溶于無(wú)水乙醇(20mL)中，加入固體堿(naOH,2mmol)，在常溫下攪拌反應(yīng)12h，過濾并洗滌，得到白色固體PyDC，收率70%。

2.3制備Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料

選取Eu3+、Tb3+、Er3+、Cd2+離子作為金屬離子，分別與10種含氮雜環(huán)羧酸配體反應(yīng)，采用溶劑熱法合成Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料。以Eu3+/PyDC為例，具體步驟如下：

將EuCl3·6H2O(0.3mmol)和PyDC(0.6mmol)溶于二甲基甲酰胺(DMF,10mL)中，加入NaOH(0.3mmol)攪拌均勻。在110℃下靜置反應(yīng)24h，慢降溫至常溫，過濾并洗滌得到白色固體Eu(PyDC)3，收率60%。

2.4表征方法

使用紫外可見吸收光譜儀、熒光光譜儀、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線粉末衍射儀(XRD)和熱重分析儀(TG)對(duì)Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行表征。

3.結(jié)果與討論

對(duì)所有合成的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行了表征。通過紫外可見吸收光譜儀的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所合成材料在200–400nm范圍內(nèi)均有吸收峰，而在400–500nm范圍內(nèi)存在特征性的Ln3+配合物的吸收峰。在熒光光譜儀的測(cè)試中，所有材料均呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的固有熒光，且表現(xiàn)出多種激發(fā)方式下的發(fā)光行為，如可見光激發(fā)、紫外激發(fā)等。其中Eu(PyDC)3的熒光發(fā)射峰位于610nm處，Tb(PyBC)3的熒光發(fā)射峰位于540nm處，Er(PyImC)3的熒光發(fā)射峰位于520nm處。透射電子顯微鏡和X射線粉末衍射儀的測(cè)試結(jié)果顯示所合成材料均為典型的有機(jī)框架材料且晶體結(jié)構(gòu)良好。熱重分析儀的測(cè)試發(fā)現(xiàn)所有材料在400℃以上開始分解，而且均表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

本文成功合成了10種基于含氮雜環(huán)羧酸類配體的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料，并對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了表征和探討。結(jié)果表明所合成的金屬有機(jī)框架材料具有多種激發(fā)方式下的發(fā)光行為，熒光發(fā)射峰位分布在可見光和近紅外區(qū)域。同時(shí)，在熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出良好的性能。因此，這些金屬有機(jī)框架材料有望作為光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中的有力候選材料5.展望

基于本研究的結(jié)果，未來有幾個(gè)方向可以進(jìn)一步研究和探索。

首先，可探究不同含氮雜環(huán)羧酸類配體和金屬離子的組合對(duì)金屬有機(jī)框架材料光學(xué)性能的影響。比如使用含不同取代基的雜環(huán)羧酸類配體，或者使用不同的金屬離子如Fe、Zn等進(jìn)行合成，以獲得更多樣的熒光行為。

其次，在實(shí)際應(yīng)用方面，可以進(jìn)一步探索這些金屬有機(jī)框架材料在生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。比如利用其熒光性能進(jìn)行生物成像，或是將其作為化學(xué)傳感材料，應(yīng)用于水體和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

另外，可以進(jìn)一步研究這些金屬有機(jī)框架材料的合成機(jī)理和晶體結(jié)構(gòu)分析。通過分析合成和晶體結(jié)構(gòu)的信息，可以更好的了解這些材料的性質(zhì)和特點(diǎn)，并為更有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和合成金屬有機(jī)框架材料提供基礎(chǔ)知識(shí)。

總之，基于含氮雜環(huán)羧酸類配體的Ln/Cd金屬有機(jī)框架材料具有較好的光學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，為光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域提供了有力的候選材料。未來，可以進(jìn)一步探究其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和研究其合成機(jī)理和晶體結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步優(yōu)化其性能此外，可以進(jìn)一步研究這些金屬有機(jī)框架材料的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。特別是在吸附和分離應(yīng)用方面，需要考慮材料的穩(wěn)定性和可重復(fù)性對(duì)其應(yīng)用的影響。

另外，可以探究這些金屬有機(jī)框架材料的光學(xué)性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過深入研究金屬有機(jī)框架材料的結(jié)構(gòu)和熒光性能之間的關(guān)系，可以更好地理解和控制它們的性能。例如，可以研究配體取代基和金屬離子對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和熒光發(fā)射行為的影響。

此外，可以進(jìn)一步開發(fā)多功能的金屬有機(jī)框架材料。例如，可以引入多重?zé)晒馀浠?，使材料具有多種發(fā)射顏色和熒光強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)更多種功能。此外，可以通過表面修飾或加入各種功能單元，將具有特定生物活性的材料轉(zhuǎn)化為潛在的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用材料。

雖然該研究表明了金屬有機(jī)框架材料具有出色的光學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，但還需要進(jìn)一步的研究來證明其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和適用性