A schematic representation of structural roles adopted by organic components of inorganic-organic composite solids.

在无机-有机杂化材料的合成中，有机组份能够控制并影响无机化合物的成核与生长，从而改变无机化合物的微观结构。通过无机分子和有机组分界面间的相互协同作用，有机分子可以将结构信息传递并印刻在无机骨架上，有机物对于这种新结构的形成起到非常重要的导向合成作用，这种作用也叫模板作用。有机组分在无机-有机杂化材料中所起的作用主要有四大类(图1-1)：(1)起平衡电荷、空间填充和结构导向作用；(2)作为有机配体同第二种金属原子配位，形成配位阳离子；(3)作为有机配体直接和无机骨架连接，起柱撑作用；(4)通过和骨架上的杂原子配位连接无机骨架[2]。

1.1  金属有机膦酸盐的发展和研究现状

金属有机膦酸化学是无机-有机杂化材料的一个重要分支，是近年来的研究热点之一。金属膦酸盐的研究始于20世纪70年代中期，Yamanaka及其合作者利用层状结构的γ−Zr(PO4)(H2PO4)与乙基氧化物反应得到了Zr(PO4)[O2P(OCH2CH2OH)]2[3a,b]，之后Alberti等用有机膦酸(R−PO3H2)或磷酸脂(H2O3POR)与Zr4+盐直接反应得到了Zr4+的膦酸盐或磷酸脂盐[3c]，从此金属膦酸盐的研究得到了迅猛发展。由于在膦酸中P−C键的化学和热力学的稳定性相当高，而且反应在较低温度进行，有机分子的化学键并没有被破坏，因此金属膦酸盐可以在无机骨架不变的情况下对有机部分进行各种官能团修饰，同时还可以对金属膦酸盐进行超分子组装。至今已发现金属膦酸盐可用作Langmuir-Blodget Film (LB)薄膜、中微孔材料、离子选择材料、非线性光学材料、光敏性薄膜、光敏剂、在医疗上用作骨骼的成像试剂、稳定的光电器件、离子交换、小分子化学感应器(如NH3、CO2)、半导体、吸附/解吸附作用、催化作用、光致电荷分离、手性分子识别、与伯胺和伯醇发生插层反应。源'自:优尔-'论]文'网"www.youerw.com

在 90 年代中期之前使用的有机膦酸比较简单(R = 烷基、芳基)[4]，再加上膦酸盐在水中及在各种有机溶剂中溶解度较小而导致其结晶性差的原因，所以很难获得适于单晶结构分析的单晶。因此，为了提高金属膦酸盐的溶解度和改善其结晶性，人们开始尝试在简单有机膦酸上引入其它类型官能团，如羧基，羟基，胺基，氨基酸及含氮冠醚等。多官能团的引入，一方面改善了金属膦酸盐的溶解度与其结晶性；另一方面也使得金属膦酸盐逐渐由二维层状向三维网络结构扩展[5-7]。经过30多年的探索研究，金属膦酸盐的研究领域已经扩展到的相当广泛，到目前为止人们已经利用含多官能团(如胺基、羧酸、大环、羟基等)的膦酸配体构筑了各种骨架的金属膦酸盐。国际上A. Clearfield、G. Férey、Martin P. Attfield、Anthony K. Cheetham、Paul T. Wood、Gary B. Hix等人相继报道了大量有机膦酸化合物；我国郑丽敏、毛江高等课题组报道大量各种网络结构的金属膦酸配合物[8-9]。

1.2  有机膦酸的结构特点

有机膦酸根[R−PO3]2−可看作是假四面体构型(图1-2)，P原子处在四面体的一个顶点位置，三个顶点被氧原子占据，最后一个顶点被“R”基占据。与其它类型配体相比，由于配位能力和配位位置等多方面的差异性，通过有机膦酸[R−PO3]2-能够合成出不同于其它阴离子的新型结构。