多金屬氧酸鹽熒光晶態(tài)配位聚合物的合成條件研究

何丹鳳，劉晉旸，孟凡坤，羅忠貴，劉洪勝

（大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶 163712）

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 紅外光譜測(cè)試

紅外光譜儀利用物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收特征，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析。開機(jī)前檢查實(shí)驗(yàn)室電源、溫度和濕度等環(huán)境條件，當(dāng)電壓穩(wěn)定，室溫為21℃±5℃，濕度≤65%時(shí)開機(jī)。首先打開儀器電源，穩(wěn)定半小時(shí)，使得儀器能量達(dá)到最佳狀態(tài)。開啟電腦，并打開儀器操作平臺(tái)OMNIC軟件，運(yùn)行Diagnostic菜單，檢查儀器穩(wěn)定性。將樣品H[Ni（C7H5NO4）（H2O）4]4（PW12O40）]·5H2O晶體于瑪瑙研缽中研磨，樣品粉末混合KBr（樣品與KBr比例為1∶100）移入磨具鋪平，放置于壓片機(jī)加壓（壓力12～15MPa）壓片，脫模放入傅里葉紅外光譜儀樣品臺(tái)。

1.2 XRD的測(cè)定

將晶態(tài)品質(zhì)良好的樣品于瑪瑙研缽中研磨至320目，均勻裝入0.2mm厚的樣品槽，用載玻片壓實(shí)，壓平，壓緊。將樣品槽固定于X-射線衍射儀的樣品臺(tái)上，入射光為石墨單色化MoKα的射線。常溫下對(duì)合理的衍射點(diǎn)進(jìn)行收集，對(duì)所收集的數(shù)據(jù)校正分析，運(yùn)用直接法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，導(dǎo)出數(shù)據(jù)。關(guān)閉電腦15min關(guān)閉XRD，再過30min后關(guān)循環(huán)水。進(jìn)行紅外光譜分析實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為15～30℃，相對(duì)濕度在65%以下。確定樣品已干燥，取樣品量1～2mg，KBr取用量200mg左右。

1.3 熒光性能測(cè)試

熒光分光光度計(jì)作為一種定量定性分析儀器，被用來測(cè)定樣品固態(tài)熒光性質(zhì)。通過熒光光譜儀的檢測(cè)，獲得了物質(zhì)的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、熒光強(qiáng)度、熒光偏振與去偏振特征等方面的信息。

1.4 熱重分析

熱重分析儀（Thermogravimetric Analyzer，TGA）作為一種重要的材料理化性能分析儀器用于測(cè)量樣品在程序溫度下質(zhì)量的變化，通入氮?dú)猓_啟電源，進(jìn)行30min預(yù)熱，開啟電腦熱分析系統(tǒng)，打開循環(huán)水系統(tǒng)，在氮?dú)鈿夥障聹y(cè)量溫度從室溫到600℃的非等溫?zé)嶂亍⒖折釄宸庞诩訜釥t轉(zhuǎn)盤，設(shè)定轉(zhuǎn)盤運(yùn)行定位坩堝并去皮重。向坩堝中加入樣品，儀器自動(dòng)測(cè)量質(zhì)量并存入數(shù)據(jù)，裝好全部樣品后進(jìn)行程控分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件探究

經(jīng)過多次平行實(shí)驗(yàn)來探究pH、起始原料和反應(yīng)溫度的變化對(duì)化合物合成的影響，見表1、表2。反應(yīng)的最佳溫度是80℃，溫度低反應(yīng)物不發(fā)生反應(yīng)，溫度過高反應(yīng)過于劇烈迅速，導(dǎo)致反應(yīng)內(nèi)離子釋放過快而無法有效大量配位，析出固體。

表1 不同物料比下的反應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)率及pH

表2 不同溫度下的反應(yīng)現(xiàn)象、產(chǎn)率

2.2 XRD 分析

圖1所示是目標(biāo)化合物的 X 射線衍射圖，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)譜圖分析粒子的組成，分析粒徑，結(jié)晶度等，根據(jù)XRD譜圖的峰所對(duì)應(yīng)的衍射角計(jì)算了初晶粒的尺寸，峰的面積表示晶體含量，面積越大，晶相含量越高。峰窄說明晶粒大，可以計(jì)算晶粒尺寸。峰強(qiáng)度高，表示晶相含量高，跟面積表示晶相含量一致。峰形可以判斷晶體屬于那種晶型。實(shí)驗(yàn)所合成的化合物的 XRD衍射峰與用單晶軟件 Mercury 模擬計(jì)算的 XRD 衍射峰主要位置保持一致，強(qiáng)度有細(xì)微的差異，這說明所合成的晶體具有很高的純度。

2.3 熱重分析

圖2是目標(biāo)化合物的熱重曲線，熱重分析得到的是程序控制溫度下的曲線，表明物質(zhì)質(zhì)量與溫度的關(guān)系。橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為失重百分?jǐn)?shù)。試樣質(zhì)量變化的實(shí)際過程不是瞬間完成的，而是通過程序控制溫度變化分步完成的，熱重曲線的形狀不呈直角臺(tái)階狀，而呈帶有過渡和傾斜區(qū)段的曲線。通過分析熱重曲線可以直觀地看出每一步樣品的失重百分比。

圖1 產(chǎn)物粉末衍射圖

圖2 產(chǎn)物熱重曲線圖

在氮?dú)夥諊拢墒覝氐?600℃以 20℃/min的升溫速率測(cè)試。由熱重曲線可知，從室溫到 600℃化合物總共失重了 82.61%（理論值 %），分為三步失重。第一步從室溫到 142℃，失重12.71%（理論值%），這一步主要失去了部分有機(jī)配體和一些水分子；第二步是從142℃到315℃，失重19.49%（理論值），這一步主要失去了剩余的有機(jī)配體和很少的聚陰離子。第三步是從315℃到400℃失重50.41%，最終剩余金屬氧化物。

3 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)因素比對(duì)分析，得到合成較優(yōu)化條件，研究表明目標(biāo)產(chǎn)物在最佳激發(fā)波長(zhǎng) 361nm 處激發(fā)，發(fā)射峰在 424nm處。通過熱重分析可知，該化合物從室溫到600℃經(jīng)過三步失重，共失重82.61%，具有良好的熱穩(wěn)定性。