多核功能配合物的合成和性质研究

2022-11-28

前言

材料是人类生产与生活中不可缺少的物质基础。在众多新材料的研究应用中, 多核功能配合物材料的研究越来越热, 在功能材料领域占有举足轻重的地位。功能配合物材料具有特殊的光、电、热、磁学和生物性能, 并且通过与其结构和性质的构想, 能够利用分子设计进行合成, 在众多领域中存在着潜在的巨大应用价值。本文就多核功能配合物的合成和性质进行了综述, 并且对其近些年的研究进展进行了介绍。

一、多核功能配合物合成方法

1. 溶液生长法

溶液生长法是一种非常传统的合成方法。该方法首先要将金属和配体按照一定的摩尔比例在某溶剂中溶解, 随着溶剂的不断挥发, 溶液到达饱和状态, 从而析出晶体。利用溶液生长法制备多核功能配合物时, 首先要保障各物质的配比合适。如果浓度太高, 析出晶体的速度就较快, 很容易出现晶体颗粒过小, 杂志过多的现象。其次, 在溶剂中, 配体的溶解性能要合适, 并且具有一定的挥发性。

2. 水 (溶剂) 热法

水 (溶剂) 热法是在高温高压相对密封的环境下合成物质的一种方法, 现在已广泛的应用于功能配合物的合成当中, 尤其在难溶配位聚合物的合成方面。该方法步骤主要是将反应物和水 (或者有机溶剂) 同时放入耐高温高压的密闭容器当中, 之后加热, 到达一定温度后在亚临界和超临界水热条件下, 使难溶的反应物溶解, 反应一段时间后冷却到室温析出晶体。

3. 扩散合成法

扩散合成法可以分为分层扩散、蒸汽扩散和凝胶扩散法三种。扩散法操作简单, 主要是通过两种物质在缓慢扩散过程中慢慢接触最后混合的过程。利用扩散合成法, 反应物能够通过充分反应后在介质中或界面处合成目标产物。该法在两种物质接触后立即生成沉淀的体系中应用最多。

4. 模板合成法

模板合成法在有机、无机、生物、材料等合成领域都占有很重要的地位。模板合成法中, 模板剂起着至关重要的作用。模板剂在反应过程中起着引导、促进和调控的作用, 对反应能否顺利进行及产物的利用价值有非常深远的意义。

除此之外, 常见的多核功能配合物合成方法还有微波辅助合成法、固相合成法和离子热法。

二、多核功能配合物的性质

1. 磁学性质

磁学性质是许多研究中心关注的性质之一, 许多的多核功能配合物都具有磁学性质。通常, 过度元素和稀土元素是合成具有一维链状、二维层状和三维结构的磁性功能配合物常用的金属。草酸盐类、羧酸类以及叠氮类等含氧配体是研究磁性作用的较好的有机配体, 主要是因为与这些配体形成的功能配合物表现出良好的长程有序性。

2. 多孔性能

多孔性能也是多核功能配合物应用最广泛的性质之一。多孔性能在石油裂变、气体的分离纯化、气体的存储与吸附、离子交换、磁性分子的识别以及多相催化等领域有很广泛的应用。首先, 具有多孔性能的功能配合物材料能够作为液体溶剂交换剂, 从而用于溶剂的储存和取代。例如Hai-Yan He等人合成的配合物[Er2 (tp) 3 (phen) 2.4DMF.2H2O]具有稳定的多孔结构, 并且对其在氮气、氢气和氩气中77K条件下的各种气体吸附等温线进行了研究。另外, 具有多孔性能的多核配合物在催化领域也表现出很好的应用潜力。目前, 在对多核功能配合物在非多相催化方面的应用上研究比较多。具有催化性能的多核配合物要求有一定的孔洞结构, 还必须具有处于不饱和状态的金属原子或者合适的活性配体作为活性基。

3. 光学性能

许多多核功能配合物都表现出良好的光学性能。目前在多核功能配合物光学性能上研究比较多的有光致发光性能、具有光学性能配体的感光性能以及在传感器方面的应用等课题。另外, 有学者对含有光活性配体的功能配合物材料也产生了浓厚的研究兴趣。常见的研究对象有烯烃、炔烃和环烷类物质, 这些物质经常表现出一些奇特的结构变化。如顺式-1, 2-二氰基-1, 2-双 (2, 4, 5-三甲基-3-噻吩基) 乙烷配体, 在与银形成的配合物在450nm波长光的激发下, 能够产生环现象, 而在560nm光激发下又会回到原有的结构。这种现象被形象的称作“开放式”和“闭合式”。

4. 氧化还原活性

近些年, 有关具有氧化还原活性的配位聚合物的报道也屡见不鲜。大部分的配合物都是以固态形式存在的, 因此设合理的氧化还原实验是研究功能配合物氧化还原性质的关键工作。研究多核功能配合物氧化还原活性的关键就是要在结构中火灾所包含溶剂中有能够补偿化合物氧化态的反电极电位, 或者有能够通过吸附/解析作用获得的适当的抗衡离子。如CuCl2与3, 6-双 (4'-吡啶基-1'-吡啶基) 哒嗪二氯反应生成的链状配合物在光的照射下就会表现出少许蓝色, 这表明该有机配体被还原释放出二价铜离子, 为了平衡, Cl-吸收光电子后被氧化为氯单质分子。

结束语

多核功能配合物既保持了有机分子的特点, 又具有无机金属的特性, 因此在理论上和应用上都有着十分巨大的价值, 因此受到许多学者的极大重视。如何改进多核功能配合物的合成方法, 从而得到更符合要求的功能配合物, 以及对多核功能配合物磁学性质、光学性质、氧化还原性质、多孔性质等优良性能的深入研究和应用将是未来研究的重点。相信, 随着科技的进步与发展, 在科学家的不断努力之下, 越来越多的多核功能配合物将在各个领域中有更好的应用, 从而为人类创造更多的经济价值和社会价值。

摘要：多核功能配合物材料的研究在新功能材料领域越来越受关注, 成为许多学者研究的热点课题。多核功能配合物的研究涉及到磁学、光学、电学等领域, 显示出良好的应用前景。本文就多核功能配合物的合成和性质进行了综述, 并且对其近些年的研究进展进行了介绍。

关键词：多核功能配合物,合成,性质,研究进展