稀土论文——化学专用.doc

稀土配位及稀土配合物在发光领域的发展与应用赤峰学院化学系化学本科班 王丽丹 指导教师：桑雅丽前言：含有稀土元素的有机高分子材料, 既具有稀土离子独特的光、电、磁特性,又具有有机高分子材料的优良加工性能，是一种具有潜在应用价值的功能材料,已引起广泛关注。光致发光稀土有机配合物荧光材料作为无机发光、有机发光研究的交叉学科,有着十分重要的理论研究意义和实际应用价值。一、 稀土配位特性稀土元素是一类典型的金属,能与元素周期表中大多数非金属形成化学键。在金属有机化合物或原子簇化合物中，有些低价稀土元素还能与某些金属形成金属金属键。表1是稀土配合物按化学键的分布情况1。表1稀土配位化合物按化学键的分布由表1的数据表明：在这些化合物中，与稀土直接配位的原子有卤素，氧族(氧、硫、硒、碲)，氮族(氮、磷、砷)，碳族(碳、硅、锗)和氢等五类元素。按其成键多少，依次是氧、碳、氮、卤素、硫(硒、碲)、氢和磷(砷）。配位化合物(包括络合离子）及金属有机化合物中中心离子的配位数是指与它结合的配体的配位原子数或配位所提供的电子对数。根据图1可以看出稀土有大而多变的配位数，3d过渡金属的配位数通常是4或6，而稀土元素离子最常见的配位数为8或9，这一数值比较接近6s，6p和5d道数的总和；稀土离子具有较小的配体场稳定化能，而过渡金属的晶体场稳定化能较大，所以稀土元素在形成配合物时键的方向不强,配位数在3 12范围内变动2。由图1可以看到其中最常见的配位数为8和9，对稀土化学键及电子结构的研究结果表明:大多数稀土化合物中其化学键的性质属极性共价键,稀土常以6s、6p和5d轨轨道参与成键, 其轨道总数为9，这就是稀土化合物配位数以8和9为主的主要原因。统计数字表明：具有8和9配位数的配合物约占总数的65%，配位数高于8和9的配合物显著减少，配位数低于8和9的配合物数目也显著减少。二、稀土配位化学3配位化学处于多学科交汇点,稀土配位化学是稀土化学活跃的前沿领域之一。1、具有特殊结构的稀土配合物4用多种方法研究了稀土冠醚配合物.冠醚可与稀土生成2:1、3:2、4:3、1:1和1:2型配合物。稀土卟啉配合物多为夹心结构，其光谱和氧化还原性质颇受重视。用模板法合成了稀土酞菁类配合物，其中重稀土的酞菁类配合物更易合成。稀土席夫碱配合物具有催化和抗菌等特性，因而受到高度重视，利用席夫碱已合成了一些具有催化和抗菌活性的配合物。2、稀土金属有机配合物我国稀土金属有机配合物研究取得了可喜进展。轻稀土因其离子半径大和配位数高，故环戊二烯基轻稀土氯化物稳定性差，合成困难。采用空间位阻大和给电子作用强的取代环戊二烯基或桥联双环戊二烯基配体合成了难以合成的轻稀土环戊二烯类配合物。稀土金属有机氢化物报道较晚，但具有特殊的反应性能。以稀土金属氯化物直接与NaH反应等方法合成了稀土金属有机氢化物。X射线结构分析表明这类氢化物中含有氢桥.在稀土碳键配合物、中性芳烃、烯丙基、环辛四烯、戊二烯等配体的配合物以及低价稀土金属有机配合物合成及结构研究中也取得许多重要结果。稀土硫族有机化合物等较新的研究课题也正开展工作。稀土金属有机配合物具有独特的反应性能。一些稀土金属有机氢化物反应活性高，可计量还原烯烃、炔烃和卤代烃，还能催化烯烃氢化和有机卤化物脱卤。三、稀土光致发光配合物的应用自20世纪五十年代以来，稀土配位化学已发展成为一门分支学科，取得了令人瞩目的成就。它不仅是配位化学、分析化学、有机化学和生物无机化学的重要研究内容，而且与生命科学、信息科学和材料化学等有着密切的联系，并且它也越来越广泛地被应用于工业、农业、医药学及其它高科技产业中。由于我国具有独特丰富的稀土资源，故深入展开稀土材料化学的研究，对我国国民经济的发展有着重要的意义。稀土光致发光配合物的应用6有很多，我们现将它们归纳为在分析化学中、在结构探针方面以及荧光材料方面等的应用加以介绍。1、在分析化学中的应用 近年来，生命科学发展的要求能够分析超痕量、超微量的生物活性物质,为了适应这一发展的要求，原始的荧光光谱仪在光学通道、虑光、计算机处理及光子计数等方面不断地改善，特别是时间分辨荧光光谱技术及其与免疫分析技术的结合为对复杂的生物体系的研究开辟了广阔的应用前景。近来实验已证明，利用激光荧光技术可以接近或达到检测灵敏度的极限单原子或单分子的水平。2、配位化合物的结构探针稀土离子作为发光探针，一般可获得配合物里中心离子的格位数、中心离子的局部对称性、配位体形式电荷之和、直接与金属离子键合水的数目和两个金属离子之间的距离等结构信息,我们分别对它们做一个简单的介绍。金属离子的格位数和局部对称性：随着高功率连续或脉冲式可调激光器的商品化，我们可以得到荧光配合物的高分辨荧光光谱。由高分辨荧光光谱谱线分裂情况给出晶体中金属离子的格位数和局部对称性。此外，还可根据高分辨荧光光谱谱线分裂情况来确定中心离子的局部对称性和其他结构信息。3、稀土功能材料稀土光致发光配合物应用于各种材料方面,已有不少专利发表。由于具有有机配体的配合物有较好的油溶性，因此，可将稀土配合物溶于印刷油墨、印制各种防伪商标、有价证券电脑等，还可以制成发光涂料或与透明塑料混合制成各种显示材料。利用有机配体对紫外光的高效吸收及稀土离子的高效发光，可把稀土有机配合物分散到高分子中，再制成发光功能的农用薄膜，已使农田增产达20%的效果。四、配位化学的发展配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门学科，他所研究的主要对象为配位化合物56。配合物是由可以给出弧对电子或多个不定域电子的一定数目的离子或分子（称为配体）和具有接受弧对电子或多个不定域电子的空位原子或离子按一定组成和空间构型所形成的化合物，即配合物（络合物）是指具有配位键的化合物。配位化合物不但以其新奇及花样繁多的价健和空间结构促进了结构化学和理论化学的发展,又以其独特的性能在生产和科研中获得重大的应用。长期以来,配位化学的研究重点主要放在关于配位化合物的化学性质的基础及应用上，随着高新技术的发展、配位化学与材料科学、生物科学及固体物理之间的相互渗透，一系列具有新奇的光、电、热、磁等功能的配合物正在尖端科学技术中日益发挥重要作用。参考文献：1黄春辉，稀土配位化学，科学出版社，1997，8:16182吴静，漫谈稀土元素化学，湖州师专学报（自然科学），1999,21：463张红杰，洪光言，我国稀土化学的进展，化学通报，2001,6：8