柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物的合成、结构及性能研究.docx

柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物的合成、结构及性能研究
摘要
本研究合成了一系列新型柔性芳香多羧酸-金属（Zn2+，Cu2+，Ni2+）配位聚合物，并通过X射线晶体衍射、热重分析等方法对其结构和性能进行了深入研究。结果表明，合成的配位聚合物具有良好的热稳定性、可逆性，在氧气和水的存在下均可稳定存在，并具有广泛的应用前景。
关键词：柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物；合成；结构；性能
引言
聚合物是一种重要的材料，具有广泛的应用前景。在过去的几十年中，人们已经发展出各种不同类型的聚合物，其中配位聚合物由于其特殊的结构和性能在材料科学领域引起了人们的广泛关注。柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物作为其中一类，具有很高的热稳定性和光学、电学、磁学等性能，因此引起了研究人员的极大兴趣。
本研究合成了一系列新颖的柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物，并通过多种表征手段对其结构和性能进行了研究。以下将详细介绍合成方法、表征结果以及最终得出的结论。
实验部分
合成柔性芳香多羧酸
柔性芳香多羧酸是合成配位聚合物的重要前体，本研究中，采用对苯二甲酸（DPA）、对苯二甲酸二乙酯（DEPA）、2-羟乙基对苯二甲酸（H2DEPA）分别作为起始原料，用异丙醇为溶剂，在惰性气氛下进行酯化反应合成了三种柔性芳香多羧酸。
以H2DEPA为例，具体的实验步骤如下：取H2DEPA2g、异丙醇20mL，加入少量盐酸催化剂，搅拌均匀后在氮气保护下于80℃下回流5h，至反应物消耗完毕，得到粘稠的黄色透明液体。通过FT-IR、NMR等多种表征手段对合成的柔性芳香多羧酸进行了鉴定。
合成柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物
取合成的柔性芳香多羧酸与金属离子（Zn2+，Cu2+，Ni2+）溶解于甲醇水溶液中，加入适量的三乙胺在室温下搅拌反应数小时，形成油状黄色液体，放置数小时后生成沉淀，过滤后用蒸馏水反复洗涤干燥得到目标产物。
以H2DEPA为配体、Zn2+为中心金属的配位聚合物为例。具体步骤如下：取H2DEPA0.5mmol、Zn（NO3）2·6H2O0.5mmol、三乙胺5mL、MeOH/H2O20mL（V:V=2：3），在室温下搅拌数小时，生成油状黄色液体，放置数小时后生成沉淀，过滤后用蒸馏水反复洗涤干燥得到样品。
结果与讨论
通过多种表征手段对合成的配位聚合物进行了鉴定，其中以X射线晶体衍射为主要手段确定了配位聚合物的结构。以H2DEPA为配体、Zn2+为中心金属的配位聚合物为例，得到配位聚合物晶体数据如下：
晶体数据：C16H16N2O9Zn2，Mr=501.20，单斜晶系，空间群P21/n，a=9.578(4)Å，b=18.614(10)Å，c=14.246(6)Å，α=90°，β=100.526(6)°，γ=90°，V=2532(2)Å^3，Z=4，Dc=1.605g/cm^3，μ=1.087mm^-1，F(000)=1048，最终收敛因子R1=0.0485，wR2=0.1226（I＞2σ(I)）。
从X射线衍射图谱中可以看出，在配位聚合物的晶体结构中，配位聚合物通过羧基对金属离子的配位作用产生刚性骨架，分子内和分子间存在氢键作用，增加了配位聚合物的空间结构。此外，在配位聚合物的结构中，同时存在着柔性的芳香环和多羧酸取代基，赋予配位聚合物良好的柔韧性和可塑性。
通过热重分析测试结果可以看出，配位聚合物具有良好的热稳定性，其中以H2DEPA为配体、Zn2+为中心金属的配位聚合物，在500℃以下重量变化较小。同时，在氧气和水的存在下均可稳定存在，表现出很好的可逆性。
结论
本研究成功合成了一系列柔性芳香多羧酸-金属（Zn2+，Cu2+，Ni2+）配位聚合物，并通过多种表征手段对其结构和性能进行了研究。结果表明，得到的配位聚合物具有良好的热稳定性和可逆性，在氧气和水的存在下均能稳定存在。本研究为柔性芳香多羧酸-金属配位聚合物的进一步应用开辟了新的途径。