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课题4 功能配合物化合物的合成与性能研究 4.1 研究课题背景 在第 3 章专题 10 中，我们已简单介绍过功能材料，其中多数属于无机功能材料。近 几十年来，又发展了一类所谓“分子功能材料”，例如大家熟知的导电高分子聚乙烯咔唑与 聚噻吩以及碳纳米管等。而我们熟知的配位化合物，是由金属离子（原子）与无机或有机 配体所组成的配位化合物（简称配合物），它们兼有无机化合物和有机化合物的特性，特 别是其中金属离子含有的 d 或f 电子轨道所引入的新奇价键特性和有机配体所导致花样繁 多的空间结构，使得它们在分子材料领域暂露头角。以配合物作为分子基块所组装的分子 材料，将具有更为丰富的光、电、热、磁特性。通常人们将这种具有光、电、热、磁等定 物理功能的配合物称作功能配合物。以功能配合物为结构单元的分子材料，具有如下 3 个 特点： ⑴ 分子材料与金属材料和无机非金属材料依赖晶格能的空间堆积机理不同，它们是 以分子为结构单元，通过非共价键作用，譬如氢键、π-π 键、静电作用、范德华力等弱相 互作用和/或配位键构筑的固体材料。而近几十年来发展的超分子化学成为分子材料构建的 有力手段。 ⑵ 功能配合物不仅在催化合成、分析分离、湿法冶金和环境保护等传统化学领域继 续发挥作用，而且在涉及金属酶模拟、金属配合物药物、生物识别和生物芯片、仿生传感 等生命科学领域也日显非凡作用，更为令人惊叹的是它们在分子水平上发挥功能的分子器 件，包括分子导线、分子开关、分子存储器以及分子马达等组装的系统中，有着独特的前 景。 ⑶ 人们可以实现分子的设计合成，且可以通过分子的剪裁，方便实现通过分子组成 和结构改变，来调节其性能，以实现材料更多和更新的功能。因此，功能配合物是联系分 子材料的重要通道。 表 4.1 给出了功能配位化合物类型，设计原理以及典型示例。 表4.1 功能配位化合物类型，设计原理以及典型示例 类型 类型设计原理 典型示例 中心金属具有顺磁性，桥联配体（氰根、叠 CsNi[Cr(CN) ] ·H O 6 2 2 氮离子）构成多维结构，并实现铁磁耦合 [Mn(N ) (pzdo)] (pzdo=二氧吡嗪) 磁性配合物 3 2 中心金属和有机自由基具有顺磁性，构成多 [CuCl (·NO-py) ] (py=吡啶) 2 2 2 维结构，并实现铁磁耦合 分子导体 金属离子与负电子有机配体形成电荷转移型 Z[M(dmit) ] (Z= 闭壳层阳离子， 2 2 配合物，平面分子堆积形成载流子导带 M=Ni,Pd,dmit=(C S )2-) 3 5 分子开关 具有双稳定态的配合物，受到外界光、电、 光诱导开关 联吡啶-环糊精主客 磁、酸碱度触发，实现信息传输的开关功能 体配合物 分子存储器 具有双稳定态的配合物，在电场作用下，实 卟啉-酞菁-铕“三明治”夹心结构 现信息写入功能 发光配合物 光、电受激发活性光中心，返回基态发出光 OLED Alq3 ，Eu(TTA)3 4.2 课题示范实验