鑽石舞台

《配位聚合物化學》

作者：卜顯和 主編

出版社：科學出版社

CIP號：2019043691

書號：978-7-03-060762-1

出版地：北京

出版時間：2019.3

定價：￥398.0

內容簡介

近年來，我國在配位聚合物化學領域取得了非常重要的研究進展，在上也具有很大影響。《配位聚合物化學（上、下冊）》由我國當前活躍在配位聚合物領域科研一線的學者和專家撰寫，旨在反映近年來我國配位聚合物化學的研究進展。《配位聚合物化學（上、下冊）》主要結合撰寫專家們所取得的代表性研究成果，系統介紹配位聚合物的、結構、性能及應用的研究熱點和*新動態。在撰寫過程中，對所涉及的部分國外同行的工作也進行了概述。《配位聚合物化學（上、下冊）》以配位聚合物概述（第0章）起始，主體內容包括篇、結構篇、性能與應用篇，共3篇45章，基本覆蓋了目前配位聚合物化學的研究範疇，實用性強，反映了當前該領域的研究前沿與現狀。《配位聚合物化學（上、下冊）》不僅闡明了配位聚合物化學的科學內涵和學科發展方向，也反映了我國學者的學術水平和我國在配位聚合物化學研究中近年來取得的顯著進步。

編者的話

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圖1　FJI-H8 的結構圖。（a）FJI-H8 中三種類型的籠；（b）三種配位多面體籠的結合

自20 世紀90 年代至今，鋰離子電池（LIB）因其高能量密度、長壽命、環境友好、無記憶效應等優勢已經成功實現商品化，並且在過去的二十年間飛速發展。然而，高成本限制了其大規模應用。此外，混合電動車的發展對LIB 能量密度、功率密度及安全性能提出了更高的要求。

圖2　（a）氮摻雜類石墨烯納米顆粒在100mA/g（左）和5mA/g（右）電流密度下的循環性能曲線；（b）二維石墨烯內部大孔（左）和八個鋰原子儲存在空間中（右）的簡化模型

目錄

序前言第0章 配位聚合物概述 0010.1 配位聚合物的定義 0010.2 配位聚合物的歷史 0010.3 典型的配位聚合物 0040.3.1 IRMOF系列 0040.3.2 HKUST-1系列 0060.3.3 MIL系列 0080.3.4 ZIF系列 0100.3.5 UiO系列 0130.3.6 PCP系列 0150.3.7 PCN系列 0160.4 配位聚合物合成方法 0190.4.1 傳統合成方法 0200.4.2 宏量合成方法 0200.5 配位聚合物發展展望 021參考文獻 022合成篇第1章 配位聚合物合成概述 0291.1 合成配位聚合物的各種原料組分 0291.1.1 金屬離子及金屬簇次級構築單元 0291.1.2 配體 0301.1.3 溶劑 0321.1.4 模板劑、礦化劑等 0331.2 合成配位聚合物的方法 0331.2.1 固態反應法 0331.2.2 溶液法 0331.2.3 水熱（溶劑熱）法 0341.2.4 升華法 0341.2.5 微波輔助合成法 0341.2.6 聲化學合成法 0351.2.7 電化學合成法 0351.3 合成配位聚合物的策略 0351.3.1 天然礦物結構模擬策略 0361.3.2 分步組裝策略 0361.3.3 相同框架結構同系物合成策略 0361.3.4 後修飾及結構基元取代策略 0371.4 影響配位聚合物合成的因素 0371.4.1 溶劑的影響 0371.4.2 溫度的影響 0381.4.3 酸鹼度的影響 0381.4.4 抗衡離子的影響 0381.4.5 模板的影響 038參考文獻 038第2章 模板法構築多孔配位聚合物 0402.1 陽離子型模板 0412.1.1 金屬離子 0412.1.2 有機胺陽離子 0432.1.3 金屬配合物陽離子 0462.2 陰離子型模板 0472.2.1 簡單無機陰離子 0472.2.2 多酸陰離子 0502.3 中性分子模板 0512.3.1 有機溶劑 0512.3.2 離子液體 0522.3.3 N-雜環化合物 0522.3.4 羧酸分子 0532.3.5 金屬卟啉 0542.3.6 碘分子 0552.3.7 水分子 0562.4 共模板效應 0572.5 自模板效應 0582.6 總結 060參考文獻 060第3章 金屬有機框架的後合成修飾功能調控 0633.1 後合成修飾的定義、特點、分類及研究現狀簡況 0643.1.1 後合成修飾的定義及特點 0643.1.2 後合成修飾的分類 0653.1.3 後合成修飾研究現狀簡況 0663.2 共價後合成修飾 0673.2.1 含支鏈/懸掛基團MOF的共價後合成修飾 0673.2.2 有機配體後合成消除 0733.2.3 無支鏈/懸掛基團MOF的共價後合成修飾 0753.3 配位後合成修飾 0763.3.1 發生於次級構築單元的配位後合成修飾 0763.3.2 發生於配體的配位後合成修飾 0783.4 後合成替換 0803.4.1 後合成金屬離子交換 0803.4.2 後合成有機配體替換 0843.5 串聯後合成修飾 0883.6 國內後合成修飾研究進展 0913.7 後合成修飾的影響因素 0963.7.1 框架穩定性 0963.7.2 孔穴相容性 0973.7.3 溶劑 0973.7.4 反應溫度 0983.7.5 晶體尺寸 0983.7.6 後合成替換影響因素 0983.8 後合成修飾的表徵方法 0993.8.1 共價後合成修飾表徵方法 1003.8.2 配位後合成修飾表徵方法 1013.8.3 後合成替換表徵方法 1013.8.4 其他表徵方法 1033.9 總結與展望 104參考文獻 106第4章 配位聚合物中心金屬的晶態分子反應 1124.1 引言 1124.2 單晶到單晶的轉變和「溶劑誘導」的重結晶過程 1134.3 一價中心金屬離子交換 1174.4 二價中心金屬離子交換 1194.4.1 配位構型的限制 1214.4.2 熱力學因素 1224.4.3 動力學因素 1234.4.4 二價中心金屬交換合成配位聚合物的意義 1244.5 三價和四價中心金屬離子交換 1314.6 中心金屬離子交換機理 1334.7 中心金屬離子自旋態改變 1364.8 中心金屬離子氧化態改變 1394.9 總結 145參考文獻 145第5章 穿插/纏繞配位聚合物的設計合成 1525.1 引言 1525.2 新型分子辮化合物的可控設計合成 1525.2.1 概述 1525.2.2 不同類型的分子辮化合物 1535.2.3 小結 1575.3 影響穿插/纏繞配位聚合物可控合成的主要因素 1585.3.1 概述 1585.3.2 主要的影響因素 1595.3.3 小結 171參考文獻 171第6章 多壁金屬有機框架的構築與研究進展 1766.1 引言 1766.2 雙壁金屬有機框架 1776.2.1 三角形配體構築的雙壁金屬有機框架 1776.2.2 直線形配體構築的雙壁金屬有機框架 1846.2.3 四邊形配體構築的雙壁金屬有機框架 1866.3 三壁金屬有機框架 1876.3.1 直線形配體構築的三壁金屬有機框架 1876.3.2 三角形配體構築的三壁金屬有機框架 1896.4 多壁多孔配位聚合物的應用及發展前景 191參考文獻 196第7章 具有動態行為的柔性配位聚合物及其應用 1997.1 柔性配位聚合物的結構及調控 1997.1.1 柔性配位聚合物的結構基礎 2007.1.2 柔性配位聚合物動態行為的實現條件 2017.1.3 柔性配位聚合物動態行為的調控 2037.1.4 柔性配位聚合物的理論計算研究 2037.2 柔性配位聚合物的表徵 2057.3 具有不同動態行為和性質的柔性配位聚合物的構築 2067.3.1 具有吸附分離性能的柔性配位聚合物的構築 2077.3.2 具有識別檢測性能的柔性配位聚合物的構築 2107.3.3 具有客體捕獲與釋放性能的柔性配位聚合物的構築 212參考文獻 214第8章 配位聚合物納/微米材料 2188.1 配位聚合物納/微米材料的常用合成方法 2188.1.1 水熱/溶劑熱法 2188.1.2 室溫直接沉澱法 2208.1.3 微波合成法 2248.1.4 超聲波合成法 2268.1.5 微乳液法 2298.1.6 其他合成方法 2318.2 配位聚合物納/微米材料的應用 2318.2.1 氣體吸附與分離 2318.2.2 傳感 2348.2.3 催化 2368.2.4 生物應用 2388.2.5 材料模板 2388.2.6 其他應用領域 2418.3 配位聚合物納/微米材料的發展前景 242參考文獻 242第9章 聯吡啶 配位聚合物的合成及應用 2459.1 引言 2459.2 聯吡啶 鹽的性質 2459.3 聯吡啶 鹽在配位化學組裝中的優勢 2469.3.1 聯吡啶 配體的多樣性 2469.3.2 聯吡啶 配體的可設計性 2479.3.3 聯吡啶 配體可控定向組裝配位聚合物 2509.3.4 聯吡啶 陽離子模板導向合成配位聚合物 2529.4 聯吡啶 配位聚合物的應用 2549.4.1 光致變色 2549.4.2 客體分子吸附響應 2589.4.3 光學開關 2639.4.4 氣體吸附和分離 2689.5 結論與展望 273參考文獻 273第10章 多孔生物配位聚合物的設計合成 27710.1 引言 27710.2 生物金屬有機框架的設計 27710.2.1 基於氨基酸、多肽和蛋白質的BioMOF的合成與結構 27810.2.2 基於卟啉和金屬卟啉BioMOF的合成與結構 28510.2.3 基於核鹼基合成的BioMOF 28810.3 BioMOF的主客體化學與應用展望 29710.3.1 BioMOF的主客體化學 29710.3.2 BioMOF在生物領域中的應用 30110.3.3 BioMOF的發展前景與展望 305參考文獻 306第11章 納米尺度生物配位聚合物的設計與構建 31111.1 引言 31111.2 設計與構建 31211.2.1 「金屬-氨基酸」生物配位聚合物 31211.2.2 「金屬-肽」生物配位聚合物 31811.2.3 「金屬-蛋白質」生物配位聚合物 31911.2.4 「金屬-核鹼基」生物配位聚合物 32111.3 手性及螺旋結構調製 32311.3.1 手性 32311.3.2 螺旋結構調製 32411.4 前景與挑戰 32511.4.1 無機納米材料的合成 32511.4.2 生物應用 328參考文獻 329第12章 柔性配體配位聚合物的合成及性能 33512.1 基於柔性配體的配位聚合物的設計合成與結構 33612.1.1 基於柔性配體的配位聚合物的結構多樣性 33612.1.2 基於柔性配體的配位聚合物的設計和合成 33912.1.3 基於柔性配體的手性配位聚合物 34412.1.4 由柔性配體誘導的動態配位聚合物 34712.2 基於柔性配體配位聚合物的應用 35012.2.1 基於柔性配體配位聚合物的氣體吸附 35012.2.2 基於柔性配體配位聚合物的異相催化 35512.2.3 基於柔性配體配位聚合物的質子傳導 359參考文獻 362第13章 鑭系-過渡金屬-氨基酸簇合物的控制組裝、結構及性能 37013.1 引言 37013.2 氨基酸的配位化學和配位模式 37013.3 第二配體對組裝的影響 37213.3.1 含單齒咪唑配體的三稜柱異金屬簇合物 37313.3.2 含雙齒乙酸配體的三十核八面體簇合物 37313.3.3 雙齒配體乙酸對組裝的影響 37513.4 反應物配比對組裝的影響 37713.4.1 由兩個Cu(Gly)2橋連[La6Cu24]簇形成的一維化合物 37713.4.2 由三個Cu(Gly)2橋連[Ln6Cu24]簇形成的二維化合物（Ln = Eu, Gd, Er） 37913.4.3 由五個Cu(Gly)2橋連[Sm6Cu24]簇形成的三維化合物 38013.4.4 由六個Cu(Pro)2橋連[Nd6Cu24]簇形成的三維化合物 38213.5 結晶條件對組裝的影響 38413.6 鑭系金屬對組裝的影響 38613.6.1 由三個稀土離子橋連四個Cu(Gly)2形成的一維化合物（Ln = La, Pr, Sm） 38613.6.2 由三個Cu(Gly)2橋連[Ln6Cu22]簇形成的三維化合物（Ln = Eu, Dy） 38813.6.3 由六個Cu(Gly)2橋連[Er6Cu24]簇形成的三維化合物 39013.7 銅-稀土金屬-甘氨酸化合物的碎片組裝動態化學 39313.8 過渡金屬離子對組裝的影響 39613.8.1 與過渡金屬鈷或鎳形成的七核八面體簇化合物 39713.8.2 與過渡金屬鈷、鎳或鋅形成的七核三稜柱簇化合物 39813.9 其他因素的影響 40013.10 總結 400參考文獻 400第14章 多酸基多孔金屬有機框架材料 40614.1 多酸基金屬有機框架材料的背景介紹 40614.2 多酸基金屬有機框架材料的合成 40714.2.1 多酸基金屬有機框架晶態材料的合成 40714.2.2 多酸負載型金屬有機框架材料的合成 40814.3 三維開放式多酸基多孔金屬有機框架及其應用 40914.3.1 多酸基金屬有機框架單晶材料及其應用 40914.3.2 多酸負載型金屬有機框架材料及其應用 424參考文獻 429結構篇第15章 配位聚合物的結構概述 43715.1 配位聚合物的結構特點 43715.2 配位聚合物的分類 43815.2.1 從空間維度分類 43815.2.2 從配體種類分類 43815.3 配位聚合物的結構設計 44115.3.1 結構設計的原理 44115.3.2 金屬離子的選擇 44115.3.3 配體的選擇 44215.4 配位聚合物的結構表徵 44215.4.1 X射線結構分析 44215.4.2 紅外光譜分析 44315.4.3 紫外-可見吸收光譜分析 44315.4.4 熱重分析 44315.4.5 X射線光電子能譜分析 44315.4.6 質譜分析 44415.4.7 核磁共振分析 444參考文獻 444第16章 配位聚合物的晶體工程 44716.1 晶體工程簡介 44716.2 非共價相互作用 44716.2.1 范德瓦耳斯力 44816.2.2 氫鍵 44816.2.3 π-π作用 44916.2.4 配位鍵 45016.2.5 非共價作用力的晶體學分析 45416.3 配位聚合物的結構與構築 46016.3.1 概念與術語 46016.3.2 網絡與結構 46216.4 總結與展望 478參考文獻 479第17章 配位聚合物的拓撲結構 48317.1 拓撲網絡的基本概念及拓撲網絡表示方法 48317.1.1 拓撲網絡的基本概念 48417.1.2 拓撲網絡的表示方法 48417.2 拓撲網絡的分類 49017.2.1 一維拓撲結構 49117.2.2 二維拓撲結構 49217.2.3 三維拓撲結構 49517.3 拓撲網絡分析軟件簡介 50217.3.1 Diamond軟件簡化拓撲結構 50217.3.2 Topos軟件簡化拓撲結構 50517.3.3 Olex軟件簡化拓撲結構 52117.4 總結 523參考文獻 524第18章 高連接的配位聚合物 52718.1 引言 52718.2 單節點的高連接拓撲網 52918.2.1 奇數連接的拓撲網（7-連接和9-連接） 52918.2.2 8-連接的拓撲網 52918.2.3 10-連接的拓撲網 53218.2.4 12-連接的拓撲網 53318.2.5 14-連接的拓撲網 53518.3 雙節點的高連接拓撲網 53518.3.1 (3, 8)-連接的拓撲網 53518.3.2 (3, 9)-連接的拓撲網 53618.3.3 (3, 12)-連接的拓撲網 53718.3.4 (3, 24)-連接的拓撲網 53818.3.5 (3, 36)-連接的拓撲網 53918.3.6 (4, 8)-連接的拓撲網 53918.3.7 (4, 9)-連接的拓撲網 54018.3.8 (4, 12)-連接的拓撲網 54118.3.9 其他雙節點的高連接拓撲網 54218.4 三節點的高連接拓撲網 54518.4.1 (3, 4, 6)-連接的拓撲網 54518.4.2 (4, 8, 16)-連接的拓撲網 54618.4.3 (3, 4, 8)-連接的拓撲網 54618.4.4 (3, 6, 12)-連接的拓撲網 54718.4.5 (3, 8, 12)-連接和(3, 12, 12)-連接的拓撲網 547參考文獻 547第19章 具有穿插結構的配位聚合物 55119.1 相同結構基元穿插得到的配位聚合物 55119.1.1 1D→2D/3D 55119.1.2 2D→2D/3D 55319.1.3 3D→3D 55419.2 不同種網絡穿插得到的配位聚合物 55919.2.1 1D + 2D→3D 55919.2.2 1D + 3D→3D 55919.2.3 2D + 2D→3D 56019.2.4 2D + 3D→3D 56119.2.5 3D + 3D→3D 56119.3 總結與展望 562參考文獻 563第20章 配位聚合物材料結構缺陷 56720.1 引言 56720.2 配位聚合物材料中的自然結構缺陷 56820.2.1 晶體位錯 56820.2.2 配體或金屬缺失 56920.2.3 局部結構缺失 56920.2.4 部分穿插 56920.3 配位聚合物結構缺陷的表徵 57020.3.1 顯微技術 57020.3.2 光譜技術 57320.3.3 單晶X射線衍射技術 57520.3.4 酸鹼電位滴定 57620.3.5 對晶體缺陷的理論計算研究 57620.4 配位聚合物材料中的人為結構缺陷 57720.4.1 配位聚合物材料中人為結構缺陷的生成 57720.4.2 MOF結構內的關聯缺陷和有序缺陷 58520.5 對配位聚合物結構缺陷研究的展望 590參考文獻 591第21章 金屬多氮唑框架 59621.1 引言 59621.2 金屬多氮唑框架的配位與結構化學 59621.3 咪唑陰離子配位模式 59821.3.1 與線形配位的金屬離子組裝鏈狀結構 59821.3.2 與四面體配位的金屬離子組裝沸石型多孔結構 59921.4 吡唑陰離子配位模式 60421.4.1 基於簇的三維框架 60521.4.2 基於鏈的三維框架 60721.5 三氮唑陰離子配位模式 60921.5.1 1,2,3-三氮唑配位模式 60921.5.2 1,2,4-三氮唑配位模式 61221.6 其他配位模式 61421.7 總結 615參考文獻 615第22章 硼咪唑框架材料的結構 62322.1 硼咪唑框架材料的發展 62322.2 硼咪唑框架材料的合成策略 62522.2.1 BIF材料的構築策略 62522.2.2 BIF的電荷平衡 62622.2.3 BIF配體的合成 62722.3 硼咪唑框架材料主要分類 62822.3.1 基於4-連接硼咪唑配體構築的BIF 62822.3.2 基於3-連接硼咪唑配體構築的BIF 63122.4 硼咪唑框架材料的應用及發展前景 63422.4.1 BIF負載貴金屬納米粒子的研究 63422.4.2 利用BIF合成BCN多孔材料 636參考文獻 637第23章 稀土-過渡金屬簇聚物及配聚物 64123.1 稀土配位聚合物概述 64123.2 稀土-銅簇聚物 64123.3 稀土-鎘配聚物 64923.4 稀土-銀配聚物 65123.5 稀土-鋅配聚物 65323.6 稀土-錳配聚物 65523.7 稀土-鎳配聚物 655參考文獻 656第24章 多孔羧酸配位聚合物的設計組裝與結構 65824.1 多孔羧酸配位聚合物概述 65824.1.1 研究歷史 65824.1.2 設計合成策略 66024.1.3 合成方法 66424.2 多孔羧酸配位聚合物的設計合成與結構 66724.2.1 手性與非中心對稱結構 66724.2.2 分子篩拓撲結構 67124.2.3 大孔道的結構 67524.2.4 低密度的結構 68024.2.5 穩定的多孔結構 685參考文獻 689第25章 多酸為無機配體構築的配位聚合物結構 70125.1 引言 70125.2 以Keggin型多酸為無機配體構築的配位聚合物 70325.2.1 Keggin型多酸與中性配體結合構築的配位聚合物 70425.2.2 Keggin型多酸與陰離子配體結合構築的配位聚合物 70825.2.3 Keggin型多酸與現場生成配體結合構築的配位聚合物 71125.3 以Wells-Dawson型多酸為無機配體構築的配位聚合物 71325.3.1 Wells-Dawson型多酸與中性配體結合構築的配位聚合物 71325.3.2 Wells-Dawson型多酸與陰離子配體結合構築的配位聚合物 71625.3.3 Wells-Dawson型多酸與現場生成配體結合構築的配位聚合物 71725.4 以Lindqvist型多酸為無機配體構築的配位聚合物 71725.5 以Anderson型多酸為無機配體構築的配位聚合物 71925.5.1 Anderson型多酸與中性配體結合構築的配位聚合物 72025.5.2 Anderson型多酸與陰離子配體結合構築的配位聚合物 72125.6 以多鉬酸鹽為無機配體構築的配位聚合物 72325.6.1 多鉬酸鹽與中性配體結合構築的配位聚合物 72425.6.2 多鉬酸鹽與陰離子配體結合構築的配位聚合物 72925.6.3 多鉬酸鹽與現場生成配體結合構築的配位聚合物 73025.7 以多鎢酸鹽為無機配體構築的配位聚合物 73125.7.1 多鎢酸鹽與中性配體結合構築的配位聚合物 73225.7.2 多鎢酸鹽與陰離子配體結合構築的配位聚合物 73425.8 以多釩酸鹽為無機配體構築的配位聚合物 73525.8.1 多釩酸鹽與中性配體結合構築的配位聚合物 73725.8.2 多釩酸鹽與陰離子配體結合構築的配位聚合物 73825.9 以P2Mo5和P4Mo6型多酸為無機配體構築的配位聚合物 73925.9.1 P2Mo5和P4Mo6型多酸與中性配體結合構築的配位聚合物 74025.9.2 P2Mo5和P4Mo6型多酸與現場生成配體結合構築的配位聚合物 740參考文獻 742