{[La(phen-dione)2(H2dhtp)0.5(H2O)]·H2O}n 配合物的合成、晶體結構及熒光性質

毛浩巖，韓 爽，王家軍，李傳碧，王 賀

(吉林師范大學化學學院，吉林 130000)

1 引 言

稀土有機框架(Ln-MOFs)在過去幾十年中引起了人們的廣泛關注，不僅因為其多種多樣的空間結構，而且在催化、氣體儲存/吸附、磁性和發光等方面具有潛在的應用[1-8]。Ln-MOFs是由稀土離子與含有芳香結構的羧酸或酮類有機化合物組成的具有多種配位網狀結構的配合物，在可見光區有較好的發光性質。在本實驗中，使用具有較大半徑、高配位數的鑭離子，有機配體2,5-二羥基對苯二甲酸(H4dhtp)和1,10-鄰菲啰啉-5,6-二酮(phen-dione)作為第二配體，水熱合成含有兩種有機配體的稀土配合物{[La(phen-dione)2(H2dhtp)0.5(H2O)]·H2O}n[9-12]，并對它的晶體結構和熒光性能進行了測試。

2 實 驗

2.1 實驗試劑和儀器型號

實驗所用原料和試劑均為分析純。元素分析使用Perkin-Elmer 2400 CHN元素分析儀測定。Bruker Apex Ⅱ CCD單晶衍射儀。IR光譜用布魯克VERTEX 80系列紅外光譜儀，測定范圍400～4000 cm- 1，KBr壓片。熱重分析測試是在TGA/SDTA851型熱分析儀。熒光發射光譜在Perkin Elmer LS55熒光光譜儀上測定。

2.2 配合物{[La(phen-dione)2(H2dhtp)0.5(H2O)]·H2O}n的合成

將La(NO3)3(1 mol，0.245 mg)、1,10-鄰菲啰啉-5,6-二酮(2 mol，0.420 mg)和2,5-二羥基對苯二甲酸(1 mol，0.198 mg)在30 mL聚四氟乙烯不銹鋼的反應釜中混合，反應釜中含有20 mL蒸餾水和2 mL甲醇，在85 ℃下反應2 d。然后自然冷卻至室溫，分離出淡黃色晶體，用蒸餾水清洗并在空氣中干燥。

采用Perkin-Elmer 2400 CHN元素分析儀對配合物中的C、H、O、N元素的含量進行測定分析。分子式為C28H18N4LaO9，元素分析(%)實驗值：C，48.60；H，2.56；N，8.15；O，20.74。理論值：C，48.50；H，2.62；N，8.08；O，20.77。由此可以看出實驗值與理論值基本一致。

在室溫下測定配合物的紅外光譜，IR譜圖的主要吸收峰位于(cm-1)：3547(s)，3409(s)，3062(s)，2018(w)，1994(w)，1776(w)，1729(s)，1701(s)，1682(s)，1651(s)，1577(s)，1495(s)，1454(s)，1412(s)，1388(s)，1359(s)，1292(s)，1248(s)，1207(s)，1181(s)，1115(s)，1039(s)，1010(m)，923(m)，899(m)，847(s)，817(s)，759(s)，734(s)，689(s)，670(m)，617(m)，543(m)，529(m)，500(m)，442(w)。

2.3 晶體結構測試

選擇單晶尺寸大小為0.12 mm ×0.11 mm×0.10 mm的配合物。在Bruker Apex II CCD衍射儀上對配合物進行了單晶結構測定，并使用SHELXL[13-14]程序精修晶體結構。結果表明，配合物屬三斜晶系，空間群為P-1，分子式為C28H18N4LaO9。配合物的晶體學數據和主要鍵長和鍵角如下表1，2所示。CCDC:1944230。

表1 配合物的晶體學數據Table 1 Crystallographic data of the complex

表2 配合物的主要鍵長(nm)和鍵角(°)Table 2 Selected bond lengths and bond angles of the complex

3 結果與討論

3.1 配合物的晶體結構

圖1 配合物中La(Ⅲ)離子的配位環境
Fig.1 Coordination environment of La(Ⅲ). All the hydrogen atoms were left for clear mmetry code: (i)-x+2,-y+1,-z； (ii) 2-x，1-y，1-z；(iii) 2-x，-y，1-z.〗

圖1為配合物中心La(Ⅲ)離子配位環境。金屬La(Ⅲ)離子為九配位，同時與七個氧原子和兩個氮原子配位，其中四個氧原子(O1，O2，O3，O4)由兩個螯合的phen-dione配體提供，O5來自H2dhtp，O8W來自一個配位水分子；兩個氮原子(N3i，N4i)來自與La(Ⅲ)離子螯合配位的phen-dione分子；在晶格中還有一個自由水分子。每個H2dhtp配體以橋接方式連接兩個不同的鑭離子。四個phen-dione配體以螯合方式配位到一個鑭離子上，其中O3為三中心氧原子，與另一個La3+離子連接形成雙金屬中心。最近的La-La之間的距離是4.427，這個距離比偏磷酸鑭LaP3O9(4.315(1) nm)中報道的距離略長[15]。配合物中La-O距離(2.395～2.748 nm)與La-O平均距離2.569 nm[16]大體上相等。每個雙金屬中心由兩個含O3、O4的phen-dione配體橋接，形成一維雙鏈。這些鏈通過H2dhtp連接，并沿ab平面形成一個二維層。最后，氫鍵將二維結構(圖2)連接成三維網格結構(圖3)。

3.2 配合物的熱穩定性

在N2氣氛下測定了配合物的熱穩定性，得到TG曲線如圖4。熱重分析結果表明，鑭配合物在30～800 ℃范圍內的失重過程分為三個階段，第一階段在114～191 ℃，失重率為5.07%(理論值為5.07%)，對應于游離水和配位水分子的失去。第二個階段在295～372 ℃，失重率為14.14%(理論值為13.86%)，對應于H2dhtp的失去。第三個階段在425～594 ℃，失重率為60.63%(理論值為59.46%)，對應于phen-dione配體的失去。直到600 ℃后曲線趨于直線，最終分解后的殘余物為21.75%的La2O3(理論值為23.49%)。

圖2 配合物的二維層狀結構
Fig.2 Two-dimensional layered structure of the complex

圖3 配合物的三維網格結構
Fig.3 ThreE-dimensional network structure of the complex. Black thick dotted lines in ellipses represent hydrogen bonds between different layers

圖4 配合物的熱重曲線
Fig.4 TG curve of coordination polymer

圖5 配合物的XRD圖譜
Fig.5 XRD patterns of coordination polymer

3.3 X射線粉末衍射

采用X-射線粉末衍射方法對配合物的純度進行了檢測。如圖5所示，配合物的XRD圖譜(Experiment)與根據單晶結構模擬的XRD譜線(Simulation)基本一致，說明配合物物相較純。

3.4 配合物的熒光性質

如圖6所示，在室溫下分別測定了兩個配體及配合物的固體粉末熒光發射光譜。配體H4dhtp在472 nm處有熒光發射峰，phen-dione在500 nm處有熒光發射峰。鑭配合物在488 nm和532 nm處有較強的熒光發射峰，可以認為是配體H4dhtp和phen-dione內電荷躍遷所產生的。與配體相比，熒光發射峰的位置發生了一定的紅移，這可能是因為金屬La(Ⅲ)離子在4f軌道上全空，其配位增加了配體的π電子共軛度，且結構剛性增強的結果，使配合物熒光強度明顯增強。實驗結果表明，該配合物具有較好的熒光性能。

圖6 兩個配體及配合物的固體熒光發射圖譜
Fig.6 The solid-state fluorescence emission spectra of two ligands and coordination polymer

4 結 論

采用水熱合成法制備了一個含稀土鑭離子和兩種有機配體的三維配位聚合物，X-射線單晶衍射結構表明該配合物屬于三斜晶系。配合物最小不對稱單元包括一個La(Ⅲ)，兩個1，10-鄰菲啰啉-5，6-二酮配體，半個2，5-二羥基對苯二甲酸，一個配位水分子，還有一個游離水分子，形成九配位模式。結果表明：配合物具有很好的熱穩定性和熒光性。