纳米尺度金属—有机骨架材料的可控制备及其荧光传感性质研究

金属-有机骨架配合物是一类新型的多功能的多孔材料。由于该类型的材料具有孔道结构多样、比表面积大,通过更换金属离子和配体可达到孔道尺寸可调、形状可变、维数可调、表面易功能化等特点,其在气体储存、催化、医学、光学、磁学、选择性吸附等领域具有很大的应用前景,受到化学工作者广泛关注。材料的尺寸降低到纳米级别将会展现出新颖的性质、比传统材料性能更加优越。金属-有机骨架纳米材料的合成和性质研究成为新的研究热点。纳米尺寸的金属-有机骨架材料在分子水平上提供了一类新的高度可剪裁的有机无机杂化纳米材料,并能提高材料在很多方面的性能,包括：新颖的药物缓释体系、包封材料、显影剂、多孔催化材料、气体存储材料、磁性和光学纳米材料等,具有广泛的应用前景。在本论文中,我们使用超声和扩散联用的方法合成金属-有机骨架纳米晶,它具有简便和环境友好等特点。本论文的主要研究内容如下：1.运用超声和扩散联用的方法合成新颖的、具有特殊拓扑结构的[Zn2(bdc)2(dabco)]金属-有机骨架纳米晶。一系列的对照试验探究[Zn2(bdc)2(dabco)]纳米晶的合成机理。通过X-射线粉末衍射分析样品的结构,结果证明通过三乙胺直接混合、三乙胺缓慢扩散以及三乙胺扩散和超声联用等方法获得的产物是六棱柱型的[Zn2(bdc)2(dabco)]。此外,由扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)照片显示,不同的合成方法所获得的六棱柱型的[Zn2(bdc)2(dabco)]的尺寸不同。使用三乙胺缓慢扩散的方法可以获得微晶,而使用三乙胺扩散和超声联用方法可以获得纳米晶。实验结果证实,三乙胺扩散和超声联用方法是一种合成多孔金属-有机骨架纳米晶的高效、简单、低成本的策略,为其在荧光传感、磁共振成像以及药物缓释等方面的应用提供可能。2.运用超声和扩散联用的方法合成了具有一维纳米孔洞的三维荧光金属-有机骨架纳米材料[Cd4(BTC)3(DMF)2(H20)2]。并且用粉末X-衍射(PXRD)验证了不同时间所获得的粉末材料的结构,结果证实获得的纳米晶的X-射线衍射峰与单晶[Cd4(BTC)3(DMF)2(H2O)2]拟合的X-射线衍射峰一致。在反应溶液中引入棉纤维合成了一种可用于痕量硝基爆炸物的检测的基于[Cd4(BTC)3(DMF)2(H2O)2]纳米晶的荧光试纸,这种试纸是通过在溶液中加入棉纤维,使具有荧光性质的[Cd4(BTC)3(DMF)2(H2O)2]原位生长于棉纤维之上而制的。光谱滴定法和荧光显微镜可视检测实验结果显示试纸中的荧光金属-有机骨架纳米晶展现出对硝基爆炸物的高度选择性和敏感性以及对其快速检测性质。3.运用自牺牲模板策略合成了具有荧光性质的镉基的三维金属-有机骨架纳米管[Cd2(btc)2(H2O)2]。探讨了金属-有机骨架纳米管的生长机理并解释了晶体生长与金属-有机骨架纳米材料的自组装过程。荧光性质实验探究了其在痕量硝基爆炸物的检测方面的应用性质,荧光光谱检测分析了其对DNT饱和蒸汽的传感,检测结果显示此金属-有机骨架纳米管对硝基爆炸物的高度选择性和敏感性以及对其快速检测性质,使其成为廉价、高选择性、高敏感性、快速并且可循环可用的硝基爆炸物荧光传感器的合适选择,具有潜在的应用价值。