图 1-4 a Phosphonic and diphosphonic anions。 b。 Diphosphonic acid H4L
常用的有机膦集中在如下几类:1、简单的有机膦,R−PO3H2,R为烷基、芳香烃等或冠醚类。2、双膦酸类有机膦,H2O3P−R−PO3H2,这类有机膦比较容易形成层柱状化合物。当R=CH2时,因形成稳定的六元环M−O−P−C−P−O,很容易得到其它的结构类型。3、三膦酸类有机膦,R−(PO3H2)3。本研究中所使用的N,N-哌嗪-二亚甲基二膦酸(H4L = H2O3PCH2N(C4H8)NCH2PO3H2), N,N-piperazinebis(methylenephosphonic acid)),如图1-4b。
1。3 金属有机膦酸配位聚合物的合成方法
对金属-有机配合物的结构与性能进行研究,前提条件是成功制备目标配合物,因而如何制备目标配合物是金属-有机配位聚合物研究基础。随着随着晶体工程学的不断发展,合成金属-有机配位聚合物的方法也变得成熟。常用的合成方法:常规溶液法、 扩散法(气相扩散、液层扩散和凝胶扩散和水热及溶剂热法。这几种方法互补,给不同的体系提供合适的方法,同一体系中用不同合成方法得到的配合物也可能有不同的结构与性能[4]。
(1) 常规溶液法文献综述
将配体与金属盐溶解于合适的溶剂中,室温静置,让其挥发,得到的配合物晶体。适当的溶剂指配体与金属盐都能溶解在其中,生成配合物在其中较难溶解。这个方法是合成配合物最常用方法,此法关键在配体和金属离子的比例,适用于反应快和溶解性好的原料的体系。
(2)扩散法
包含三种类型:气相扩散、液相扩散和凝胶扩散[5]。
气相扩散法是把金属盐、有机配体分别溶解在合适的两种溶剂中,用挥发性强、低沸点的不良扩散溶剂扩散到溶液中,降低溶液里配合物的溶解度,形成过饱和溶液从而析出晶体。液相扩散法与气相扩散法不同,它是一种反应物在两种不同溶剂中的溶解度不相同,反应物在溶液中扩散,在两溶液的接触面发生反应,生成配合物晶体的方法。液相扩散法用的比较多,此法适用于反应物混合就产生沉淀的情况,主要是通过控制反应物的接触实现控制反应速度,因而影响晶体产生的关键是反应物在溶剂中的扩散速度。
凝胶扩散法是把一种组分(配体)配制在凝胶(硅胶)中,把另一种含金属盐组分的溶液滴到凝胶上,使得两组分在凝胶中或在凝胶与溶剂界面发生反应生成晶体。
(3)水热溶剂热法
所谓的水(溶剂)热合成[5]指的是将可溶或者微溶的反应物装在密闭的高压反应釜(一般是内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜)内,在 120至 200°C 温度范围内自动产生压力从而进行自组装的一种方法。与挥发溶剂、扩散法和溶胶-凝胶方法相比,水热法对晶体的生长更有利,因为水热法的反应环境为高温、高压,结晶过程属非平衡态,在亚、超临界的水热条件下,反应处在分子水平,提高了反应性,经考究知热力学稳定相结晶过程不如动力学亚稳相。极端高温高压的条件下进行,水或溶剂的粘度下降使扩散作用加强。含溶解性不好的有机配体,水热或溶剂热是合成金属-有机配合物是很有效的方法。高压反应釜内的反应过程就是,在高温下釜内底部温度高后温差导致对流,形成过饱和溶液对流循环,晶体在釜内生长,反应完成降温后就可到了所谓的晶体[6]。由于水热反应的均相成核和非均相成核的机理与固相反应的扩散机理不同,因此可以制造出其他方法无法制备的新型化合物和新材料。水热合成法产物纯度高,分散性好,粒度易控制、设备简单、晶体生长完美。经研究反应的条件,比如反应的温度,溶剂的选择,反应物的计量比,溶液的pH 值,以及选择降温的速度都会很大程度上影响反应结果。 此法适用于热稳定性高的物质,有利于产生特殊结构的单晶。