功能膦酸铀酰配位聚合物的合成与性能研究

Coordination polymers have wide applications in nonlinear optics, magnetism, superconductor, catalysis and biological materials, due to their structural diversity, unusual electronic effect, and applicability of various metal atoms. Compared to the thoroughly studied transition metal and rare earth coordination polymers, the investigation of actinide coordination polymers is very limited. This project is mainly focused on the coordination chemistry of uranium, which is the most representative actinide element. A series of ligands will be adopted to synthesize uranyl coordination complexes, such as flexible alkyl diphosphonate and aromatic phosphonate ligands, as well as the N-contained organic ligands with specific functional groups and structure directing effect. The as-prepared new compounds will be extensively investigated among many properties such as ion exchanging, photoluminescence and catalysis etc. Overall, this study will be helpful to understand the relationship between the coordination chemistry and properties of uranium. Reliable database will be provided for developing new functional uranyl coordination polymer materials.

配位聚合物因其结构多样化、不同寻常的电子效应、可适用于众多的金属原子等特点，在非线性光学材料、磁性材料、超导材料、催化及生物活性等诸多方面都有较好的应用前景。相比于研究比较广泛的过渡金属和稀土金属配位聚合物材料，锕系元素的配位聚合物的研究则很少。本课题以锕系的典型代表铀元素的配位化学为出发点，设计合成柔性烷基链双膦酸和尺寸拓展的芳香膦酸等有机配体，同时引入含氮类第二配体，利用其结构导向作用和特定的功能基团，制备结构新颖的膦酸铀酰配合物，并充分研究这些化合物在离子交换、荧光、催化等方面的性质。通过对铀配合物结构与性能的研究，深入理解铀元素的配位化学与性能之间的关系，为发展新型功能铀酰配位聚合物材料提供可靠的数据基础。

在本项目执行三年的时间里，我们围绕铀酰膦酸盐配位化学这一课题进行了大量的研究，设计合成了系列柔性烷基链型膦酸配体和芳香性功能化膦酸配体，系统地开展了铀酰膦酸盐骨架材料的合成与性能研究工作。并引入具有功能导向作用的咪唑基协同配体和过渡金属掺杂离子，进一步拓展了铀酰膦酸盐化合物的组成化学和合成化学，进一步理解了U(VI)的配位化学与性能之间的关系，为发展新型功能铀酰配位聚合物材料提供可靠的数据基础，取得一系列科研成果，主要包括：(1)以柔性乙基二膦酸、丙基二膦酸和丁基二膦酸为配体构筑了系列杂金属膦酸铀酰锌化合物，对配位方式和荧光性质进行了系统研究；(2)利用甲基官能团化的对苯基二膦酸为配体，水热原位合成了两个铀酰羧酸膦酸盐，理论计算研究表明该化合物具有潜在的核素分离性能；(3)以苯基三膦酸为配体首次合成了两个铀酰三膦酸盐；(4)以硅中心的苯基四膦酸为配体，首次构筑了系列铀酰四膦酸盐；(5)以次膦酸为配体首次开发了铀酰次膦酸领域，并对其光催化降解有机染料性能进行了研究。项目执行期间共发表SCI论文19篇，包括Coord. Chem. Rev.、 Chem. Eur. J.、Chem. Commun.、Inorg. Chem.等国际著名化学期刊，联合培养硕士研究生3名，参加国内学术会议5次，两次做口头报告。