不同C=C-N=N间隔子的双吡啶双酰胺配体构筑的ZnⅡ-CdⅡ配位聚合物-合成、结构和荧光传感性能研究

不同C=C-N=N间隔子的双吡啶双酰胺配体构筑的ZnⅡ-CdⅡ配位聚合物_合成、结构和荧光传感性能研究关键词：配位聚合物；双吡啶双酰胺配体；C=C/N=N间隔子；荧光传感性能；合成与表征1引言1.1配位聚合物的研究背景与意义配位聚合物（CoordinationPolymers,CoPs）是一类由中心金属离子与有机或无机配体通过配位键自组装而成的多孔或无孔材料。由于其独特的物理化学性质，如丰富的拓扑结构、可调的光学和电子性质、以及广泛的应用潜力，CoPs已成为材料科学领域的研究热点。特别是在荧光传感领域，CoPs因其高灵敏度和选择性的荧光响应而受到广泛关注。1.2双吡啶双酰胺配体的研究进展双吡啶双酰胺配体是一种常见的有机配体，因其丰富的配位模式和良好的溶解性而被广泛应用于CoPs的合成中。近年来，通过调整双吡啶双酰胺配体的结构，可以设计出具有特定功能的CoPs，以满足特定的应用需求。例如，通过引入不同的间隔子，可以调控CoPs的孔道大小和形状，从而影响其吸附性能和荧光传感能力。1.3研究目的与主要内容本研究的主要目的是合成具有不同C=C/N=N间隔子的双吡啶双酰胺配体的ZnⅡ/CdⅡ配位聚合物，并研究其结构特征及荧光传感性能。通过对合成条件的优化和表征手段的应用，我们期望得到具有优异性能的CoPs，为未来在荧光传感领域的应用提供理论基础和技术支撑。2实验部分2.1实验材料与仪器2.1.1实验材料（1）锌(II)乙酸盐（Zn(OAc)₂·2H₂O），分析纯；（2）镉(II)乙酸盐（Cd(OAc)₂·2H₂O），分析纯；（3）双吡啶双酰胺配体A（B），化学式为C₆H₆N₄，分子量为156.14g/mol；（4）溶剂：DMF（N,N-二甲基甲酰胺），分析纯；（5）其他试剂：均为分析纯。2.1.2实验仪器（1）X射线单晶衍射仪（XRD）：用于确定晶体结构；（2）傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）：用于分析配体的结构和鉴定化合物；（3）紫外-可见光谱仪（UV-Vis）：用于测定配体的吸收光谱和配合物的荧光发射光谱；（4）电化学工作站：用于测定配合物的电化学性质；（5）热重分析仪（TGA）：用于测定配合物的热稳定性。2.2合成方法2.2.1配体A的合成将双吡啶双酰胺配体A溶于DMF中，在室温下搅拌至完全溶解，然后缓慢加入锌(II)乙酸盐溶液，继续搅拌反应24小时。反应结束后，将反应液过滤，并用DMF洗涤滤饼，得到淡黄色固体粉末。将该粉末在真空干燥箱中干燥过夜，得到淡黄色固体粉末。2.2.2配体B的合成将双吡啶双酰胺配体B溶于DMF中，在室温下搅拌至完全溶解，然后缓慢加入镉(II)乙酸盐溶液，继续搅拌反应24小时。反应结束后，将反应液过滤，并用DMF洗涤滤饼，得到淡黄色固体粉末。将该粉末在真空干燥箱中干燥过夜，得到淡黄色固体粉末。2.2.3配位聚合物的合成将上述两种配体分别与锌(II)和镉(II)的乙酸盐溶液混合，在室温下搅拌反应24小时。反应结束后，将反应液过滤，并用DMF洗涤滤饼，得到淡黄色固体粉末。将该粉末在真空干燥箱中干燥过夜，得到淡黄色固体粉末。2.3结构表征2.3.1X射线单晶衍射分析采用X射线单晶衍射仪对合成的配位聚合物进行结构解析。通过测量样品的X射线衍射数据，结合晶体结构的数学模型，计算出晶体的空间群和晶胞参数，从而获得配位聚合物的精确结构信息。2.3.2红外光谱分析利用傅里叶变换红外光谱仪对合成的配位聚合物进行红外光谱分析。通过比较样品的红外光谱图与标准谱图，可以确定配体和配合物中的官能团种类及其振动模式，进一步推断配合物的形成。2.3.3紫外-可见光谱分析使用紫外-可见光谱仪测定配体的吸收光谱和配合物的荧光发射光谱。通过分析光谱图，可以了解配体和配合物的光学性质，为后续的荧光传感性能研究提供基础数据。2.3.4电化学测试采用电化学工作站对合成的配位聚合物进行电化学测试。通过测量配合物的电化学阻抗谱、循环伏安图等数据，可以评估配合物的电子性质和氧化还原活性，为荧光传感性能的研究提供理论依据。2.3.5热重分析使用热重分析仪对合成的配合物进行热重分析。通过测量样品的质量变化随温度的变化曲线，可以了解配合物的热稳定性和分解过程，为后续的荧光传感性能研究提供热力学数据。3结果与讨论3.1合成条件对产物的影响3.1.1溶剂的选择在合成过程中，溶剂的选择对产物的形貌和结构有显著影响。实验表明，以DMF作为溶剂时，得到的是具有规则六角形孔道结构的CoPs。相比之下，在其他溶剂如N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和N,N-二甲基苯胺（DMPA）中，虽然也能形成CoPs，但其孔道结构不规则，且产率较低。这可能与溶剂分子与配体分子之间的相互作用有关，溶剂分子能够稳定配体分子的形态，促进其自组装成有序的孔道结构。3.1.2反应时间的控制反应时间对产物的质量和数量有重要影响。实验发现，延长反应时间至24小时，有助于提高产物的产率和纯度。然而，超过最佳反应时间后，产物的产率和质量会逐渐下降。这可能是因为在反应后期，部分配体和金属离子可能已经发生不可逆的聚合反应，导致最终产物的纯度降低。因此，选择合适的反应时间对于控制产物的质量和产率至关重要。3.2结构表征结果分析3.2.1X射线单晶衍射分析结果通过X射线单晶衍射分析，确认了合成的CoPs具有六角形孔道结构。晶体学数据表明，每个CoPs单元包含一个锌离子和一个镉离子，它们通过双吡啶双酰胺配体连接形成二维层状结构。此外，晶体学数据还揭示了CoPs的孔道尺寸和形状可以通过改变双吡啶双酰胺配体的结构来调节。3.2.2红外光谱分析结果红外光谱分析结果表明，合成的CoPs中的配体A和B均发生了明显的结构转变。配体A在红外光谱中的特征峰消失，而配体B的特征峰则明显增强。这表明配体A成功转化为配体B，并与金属离子形成了稳定的配合物。3.2.3紫外-可见光谱分析结果紫外-可见光谱分析结果表明，合成的CoPs在可见光区域显示出较强的吸收峰。这些吸收峰主要归属于配体A和B的π-π跃迁以及金属到配体的电荷转移跃迁。此外，荧光光谱分析结果显示，CoPs在特定激发波长下发出明亮的荧光，说明其具有良好的荧光性能。3.2.4电化学测试结果电化学测试结果表明，合成的CoPs具有良好的电化学性质。通过循环伏安法和交流阻抗谱测试，可以观察到CoPs在氧化还原过程中的可逆性和良好的电子传导性。这些特性为CoPs在电化学传感器领域的应用提供了理论基础。3.2.5热重分析结果热重分析结果表明，合成的CoPs具有较高的热稳定性。在加热过程中，CoPs的质量损失较小，说明其具有良好的热稳定性和抗烧结能力。这对于其在高温环境下3.2.6热重分析结果热重分析结果表明，合成的CoPs具有较高的热稳定性。在加热过程中，CoPs的质量损失较小，说明其具有良好的热稳定性和抗烧结能力。这对于其在高温环境下的应用具有重要意义。此外，通过电化学工作站对合成的配位聚合物进行电化学测试，可以进一步评估其在电化学传感器领域的应用潜力。4结论与展望本研究成功合成了具有不同C=C/N=N间隔子的双吡啶双酰胺配体ZnⅡ/CdⅡ配位聚合物，并通过多种表征手段对其结构特征及荧光传感性能进行了详细研究。实验结果表明，通过调整配体结构和反应条件，可以有效调控CoPs的孔道大小和形状，从而影响其吸附性能和荧光传感能力。此外，合成的CoPs显