摘  要：在本文中，我们以吡啶-2,6-二羧酸（DPA）作为配体，氨水作为碱，Tb3+作为发光中心，通过简单的溶剂挥发法，合成了一种具有三维结构的稀土配位聚合物(NH4)3[Tb(DPA)3]。通过X-射线衍射测试发现，在(NH4)3[Tb(DPA)3]中，Tb3+作为中心离子同时与三个DPA中的N，O原子配位形成稀土配合物，稀土配合物之间通过π-π堆、氢键、静电等作用形成三维网络结构。另外，我们用热分析仪（STA）检测配位聚合物的热稳定性；扫描电子显微镜和X-射线粉末衍射仪（ERD）研究配合物的结晶情况；利用稳态瞬态荧光光谱仪对配合物做激发光谱和发射光谱，并对铽的配位聚合物发光性原理进行解释。

关键词：吡啶-2,6-二羧酸；稀土配位聚合物；荧光性质

Design and Synthesis of Lanthanide Coordination Polymer

Abstract: In this paper, a lanthanide coordination polymer ((NH4)3[Tb(DPA)3]) with a three-dimensional structure was synthesized by a simple solvent evaporation method, using 2,6-pyridinedicarboxylic acid (DPA) as a ligand, ammonia as a base, and Tb3+ as a luminescent center. It is found that three N atoms and six O atoms from three different ligand coordinates to central Tb3+. The lanthanide complex forms a three-dimensional network structure through π-π stacks, hydrogen bonds, and static electricity. In addition, the thermal stability of the coordination polymer was studied by thermal analyzer; Morphology and crystal structure were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray powder diffractometry (XRD); The optical properties was investigated by fluorescence spectra. Finally, the luminescence mechanism of the lanthanide coordination polymer was explained.

Key Words: Pyridine-2,6-dicarboxylic acid; Rare earth coordination polymer; Fluorescence properties

目    录

摘  要 1

引  言 1

1 实验部分 2

1.1 仪器与试剂 2

1.2 实验方法 3

2 样品测定 3

2.1 样品分子结构 3

2.2 样品空间结构 4

2.3 样品的失重曲线 4

2.4 样品的形貌 5

2.5样品的XRD图像 6

2.6样品的激发光谱 6

2.7样品Tb3+的发光机理 6

3 结  论 7

参考文献 7

致  谢 9

稀土配位聚合物的设计合成

引 言

发光稀土配合物是一个巨大的发光宝库，从二十世纪四五十年代至今，一直吸引着众多研究者的兴趣。随着科技的发展和研究的日益深入，在合成发光材料稀土配合物方面取得较好的成果[1]。但是对稀土金属配位聚合物的设计合成的研究进程相对较慢，设计合成发光性能好的稀土配位聚合物是一项充满挑战性的工作。随着稀土配位聚合物光学材料在商业领域应用范围的扩大，探究稀土离子与有机配体之间的相互作用，有助于进一步理解稀土配合物的结构与性能之间的关系。合成多功能稀土配位聚合物光学材料，对于开发新型稀土配位聚合物具有重要的意义。

稀土离子配合物具有良好的发光性质，其发光性质的应用已经登上商业化的舞台，在发光材料（如LED平板显示，彩电，显像）；新光源（高压汞灯）；结构探针（检测仪器，测定分子结构）；荧光分析（荧光探伤[2]，免疫分析[3]）；农业大棚塑料和有机玻璃；生物传感器等方面潜在应用[4]。研究其发光性能对未来生活，商业领域具有重要意义[5]。

在制备过程中稀土离子与配合物通过配位键结合在一起[6]，有机配体的结构对于稀土配合物的性能与结构产生深远的影响。稀土离子发光特性主要由4f层上的电子所决定的，稀土离子4f层电子呈未充满状态，受到5s,5p电子层屏蔽作用，具有丰富的电子能级，以电子跃迁的形式产生不同颜色的发光。因此与有配体结合能使4f电子在不同能级间跃迁，展现出独特的发光性质。镧系的Sm3+，Eu3+，Tb3+，Dy3+与有机配体结合的发光性好[7]，应用广泛。1942年S. I. WeissMan[8]首次发现了稀土配合物发光材料，并研究其发光机理：稀土有机配体吸收紫外光能，通过分子体系内能量传递过程，将能量传递给稀土离子，使稀土离子发射出特征荧光[9]。由于稀土离子本身吸光性较弱，需要与对光吸收系数较大配体进行结合，增强其发光性能。这些配体主要包括β-二酮类，芳香羧酸类等。这类配体吸收紫外光从基态跃迁到激发态，返回到最低三重态能级，放出的能量与稀土的发射能级相匹配。其跃迁机理包括两种方式：组内的f-d跃迁[10]，4f层内的f-f跃迁。但其发光主要跃迁由f-f跃迁产生的 [11,12]。合成发光较好的配位聚合物需要从以下方面考虑；1、选择对紫外光吸收能力强，具有共轭或刚性系数较大的配体；2、引入第二配体[13]，使中心原子到配位达到饱和状态，防止水与稀土离子配位造成荧光猝灭；3、引入发光性能不好的稀土离子，增强稀土离子荧光性能[14]；4、将稀土配合物引入高分子或无机基质中，从而降低由于分子振动带来的荧光损失[15]。使合成的稀土有机聚合物常常具有稳定性好、量子产率高的，发光性好的特点[16]。