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柔性二咪唑基乙醚构筑聚合物的合成、结构与性质研究：从分子设计到功能解析

一、引言

（一）研究背景与科学意义

配位聚合物作为由金属离子与有机配体通过配位键自组装形成的具有周期性网络结构的化合物，在过去几十年间成为化学和材料科学领域的研究焦点。其独特之处在于，通过合理选择金属离子和有机配体，以及精确调控合成条件，能够构建出结构丰富多样、性能独特的配位聚合物，从而在气体吸附与分离、催化、传感、光电材料、药物传递等众多领域展现出巨大的应用潜力。例如，在气体吸附领域，一些具有高比表面积和特定孔道结构的配位聚合物能够高效地捕获二氧化碳等温室气体，为缓解全球气候变化提供了新的解决方案；在催化领域，配位聚合物的可设计性使其能够作为高效的多相催化剂，用于有机合成反应，展现出高活性和选择性。

在配位聚合物的构建中，配体的性质起着至关重要的作用。根据配体的结构特点，可将其分为刚性配体和柔性配体。刚性配体由于自身结构的稳定性，在配位过程中倾向于形成较为规则、稳定的配位聚合物结构。这类结构通常具有明确的几何构型和有序的排列方式，有利于在光电器件、光催化等领域的应用。以1,2,4,5-四硝基苯与Zn2?形成的配位聚合物为例，其在光电子器件中表现出良好的性能，可作为器件的有机层，实现高效的光电转换。

而柔性配体则具有独特的结构特点，分子中通常含有长链烷基或大量的极性官能团，这赋予了配体在空间上的灵活性和可变形性。在配位过程中，柔性配体能够通过空间限制、分子间相互作用和自组装等多种因素的共同作用，形成多种不同的结构，包括无序液晶态、有序胶凝态和高分子结晶态等。这种结构的多样性使得柔性配体配位聚合物在光响应、催化和分离纯化等领域具有独特的优势。例如，乙烯二胺作为一种常见的柔性配体，与Zr??形成的纤维状结构不仅具有较好的光响应特性，还对氨气具有高敏感性，在传感领域具有广阔的应用前景。

2,2’-二（1-咪唑基）乙醚（BIE）作为一种新型的柔性配体，近年来受到了科研人员的广泛关注。BIE分子中，两个咪唑基团通过醚键连接，这种独特的结构赋予了配体特殊的性质。醚键的存在使得分子具有一定的柔性，能够在不同的环境下调整自身的构象，从而为构建复杂的网络结构提供了可能。咪唑基团则具有较强的配位能力，能够与多种金属离子形成稳定的配位键。此外，BIE配体还具有良好的溶解性和稳定性，使其在合成过程中易于操作和处理。

通过合理设计和调控BIE配体与金属离子的配位过程，可以构建出具有特定结构和功能的配位聚合物。这些聚合物不仅在基础研究中有助于深入理解配位化学的基本原理和分子自组装机制，而且在实际应用中也具有重要的价值。例如，在气体吸附方面，通过优化BIE基配位聚合物的孔道结构和表面性质，可以实现对特定气体分子的高效吸附和选择性分离；在催化领域，利用BIE配体与金属离子形成的活性位点，可以开发出新型的高效催化剂，用于各种有机合成反应。因此，对基于BIE配体的配位聚合物的研究具有重要的科学意义和潜在的应用价值，有望为解决能源、环境和材料等领域的关键问题提供新的思路和方法。

（二）研究目标与核心问题

本研究旨在深入探究基于柔性2,2’-二（1-咪唑基）乙醚（BIE）配体构筑的配位聚合物的合成方法、晶体结构以及相关性质，通过系统的实验和理论分析，揭示中性配体、金属离子及羧酸阴离子在配位聚合物形成过程中的作用机制，以及它们对聚合物结构和性能的影响规律。

围绕这一研究目的，本研究聚焦于以下几个关键问题：

配位聚合物的合成与结构调控：如何通过合理选择反应条件、金属离子和羧酸阴离子，精确调控BIE配体与金属离子的配位方式和聚合过程，从而实现对配位聚合物结构的有效控制，包括维度、拓扑结构和孔道尺寸等方面的调控。例如，在溶剂热条件下，不同的反应温度、反应时间以及反应物的配比，可能会导致BIE配体与金属离子形成不同结构的配位聚合物。研究这些因素对配位聚合物结构的影响，有助于建立结构调控的规律和方法。

结构与性质的关联：深入研究配位聚合物的晶体结构与其性能之间的内在联系，如气体吸附性能、光学性质、热稳定性等。例如，配位聚合物的孔道结构和表面性质对其气体吸附性能有着重要影响，通过分析晶体结构中孔道的大小、形状和连通性，以及配体和金属离子的电子结构对光学性质的影响，建立起结构与性质之间的定量关系，为功能导向的配位聚合物设计提供理论依据。

中性配体、金属离子及羧酸阴离子的协同作用机制：系统研究中性配体BIE、金属离子和羧酸阴离子在配位聚合物形成过程中的协同作用机制，明确它们各自的角色和相互之间的作用方式。例如，金属离子的种类和价态决定了其配位能力和几何构型，羧酸阴离子不仅可以作为桥联配体参与配位网络的构建，还可以通过静电作用和氢键等非共价相互作用影响聚合物