該書以配位聚合物的設計-合成-性能-潛在應用為主線，系統(tǒng)介紹了配位聚合物從功能導向的設計合成到配位聚合物材料的性能測試再到功能應用。具體內容包括:①配位聚合物的發(fā)展歷程、概念及發(fā)展；②配位聚合物的結構設計與結構性能調控；③配位聚合物的拓撲結構分析；④配位聚合物的晶體工程；⑤配位聚合物配位化學空間的構筑；⑥多孔配位聚合物；⑦手性配位聚合物；⑧基于簇合物的配位聚合物；⑨稀土配位聚合物；⑩3d-4f配位聚合物；?
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目錄
序
前言
第0章 配位聚合物概述 001
0.1 配位聚合物的定義 001
0.2 配位聚合物的歷史 001
0.3 典型的配位聚合物 004
0.3.1 IRMOF系列 004
0.3.2 HKUST-1系列 006
0.3.3 MIL系列 008
0.3.4 ZIF系列 010
0.3.5 UiO系列 013
0.3.6 PCP系列 015
0.3.7 PCN系列 016
0.4 配位聚合物合成方法 019
0.4.1 傳統(tǒng)合成方法 020
0.4.2 宏量合成方法 020
0.5 配位聚合物發(fā)展展望 021
參考文獻 022
合成篇
第1章 配位聚合物合成概述 029
1.1 合成配位聚合物的各種原料組分 029
1.1.1 金屬離子及金屬簇次級構筑單元 029
1.1.2 配體 030
1.1.3 溶劑 032
1.1.4 模板劑、礦化劑等 033
1.2 合成配位聚合物的方法 033
1.2.1 固態(tài)反應法 033
1.2.2 溶液法 033
1.2.3 水熱（溶劑熱）法 034
1.2.4 升華法 034
1.2.5 微波輔助合成法 034
1.2.6 聲化學合成法 035
1.2.7 電化學合成法 035
1.3 合成配位聚合物的策略 035
1.3.1 天然礦物結構模擬策略 036
1.3.2 分步組裝策略 036
1.3.3 相同框架結構同系物合成策略 036
1.3.4 后修飾及結構基元取代策略 037
1.4 影響配位聚合物合成的因素 037
1.4.1 溶劑的影響 037
1.4.2 溫度的影響 038
1.4.3 酸堿度的影響 038
1.4.4 抗衡離子的影響 038
1.4.5 模板的影響 038
參考文獻 038
第2章 模板法構筑多孔配位聚合物 040
2.1 陽離子型模板 041
2.1.1 金屬離子 041
2.1.2 有機胺陽離子 043
2.1.3 金屬配合物陽離子 046
2.2 陰離子型模板 047
2.2.1 簡單無機陰離子 047
2.2.2 多酸陰離子 050
2.3 中性分子模板 051
2.3.1 有機溶劑 051
2.3.2 離子液體 052
2.3.3 N-雜環(huán)化合物 052
2.3.4 羧酸分子 053
2.3.5 金屬卟啉 054
2.3.6 碘分子 055
2.3.7 水分子 056
2.4 共模板效應 057
2.5 自模板效應 058
2.6 總結 060
參考文獻 060
第3章 金屬有機框架的后合成修飾功能調控 063
3.1 后合成修飾的定義、特點、分類及研究現(xiàn)狀簡況 064
3.1.1 后合成修飾的定義及特點 064
3.1.2 后合成修飾的分類 065
3.1.3 后合成修飾研究現(xiàn)狀簡況 066
3.2 共價后合成修飾 067
3.2.1 含支鏈/懸掛基團MOF的共價后合成修飾 067
3.2.2 有機配體后合成消除 073
3.2.3 無支鏈/懸掛基團MOF的共價后合成修飾 075
3.3 配位后合成修飾 076
3.3.1 發(fā)生于次級構筑單元的配位后合成修飾 076
3.3.2 發(fā)生于配體的配位后合成修飾 078
3.4 后合成替換 080
3.4.1 后合成金屬離子交換 080
3.4.2 后合成有機配體替換 084
3.5 串聯(lián)后合成修飾 088
3.6 國內后合成修飾研究進展 091
3.7 后合成修飾的影響因素 096
3.7.1 框架穩(wěn)定性 096
3.7.2 孔穴相容性 097
3.7.3 溶劑 097
3.7.4 反應溫度 098
3.7.5 晶體尺寸 098
3.7.6 后合成替換影響因素 098
3.8 后合成修飾的表征方法 099
3.8.1 共價后合成修飾表征方法 100
3.8.2 配位后合成修飾表征方法 101
3.8.3 后合成替換表征方法 101
3.8.4 其他表征方法 103
3.9 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(tài)分子反應 112
4.1 引言 112
4.2 單晶到單晶的轉變和“溶劑誘導”的重結晶過程 113
4.3 一價中心金屬離子交換 117
4.4 二價中心金屬離子交換 119
4.4.1 配位構型的限制 121
4.4.2 熱力學因素 122
4.4.3 動力學因素 123
4.4.4 二價中心金屬交換合成配位聚合物的意義 124
4.5 三價和四價中心金屬離子交換 131
4.6 中心金屬離子交換機理 133
4.7 中心金屬離子自旋態(tài)改變 136
4.8 中心金屬離子氧化態(tài)改變 139
4.9 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 152
5.1 引言 152
5.2 新型分子辮化合物的可控設計合成 152
5.2.1 概述 152
5.2.2 不同類型的分子辮化合物 153
5.2.3 小結 157
5.3 影響穿插/纏繞配位聚合物可控合成的主要因素 158
5.3.1 概述 158
5.3.2 主要的影響因素 159
5.3.3 小結 171
參考文獻 171
第6章 多壁金屬有機框架的構筑與研究進展 176
6.1 引言 176
6.2 雙壁金屬有機框架 177
6.2.1 三角形配體構筑的雙壁金屬有機框架 177
6.2.2 直線形配體構筑的雙壁金屬有機框架 184
6.2.3 四邊形配體構筑的雙壁金屬有機框架 186
6.3 三壁金屬有機框架 187
6.3.1 直線形配體構筑的三壁金屬有機框架 187
6.3.2 三角形配體構筑的三壁金屬有機框架 189
6.4 多壁多孔配位聚合物的應用及發(fā)展前景 191
參考文獻 196
第7章 具有動態(tài)行為的柔性配位聚合物及其應用 199
7.1 柔性配位聚合物的結構及調控 199
7.1.1 柔性配位聚合物的結構基礎 200
7.1.2 柔性配位聚合物動態(tài)行為的實現(xiàn)條件 201
7.1.3 柔性配位聚合物動態(tài)行為的調控 203
7.1.4 柔性配位聚合物的理論計算研究 203
7.2 柔性配位聚合物的表征 205
7.3 具有不同動態(tài)行為和性質的柔性配位聚合物的構筑 206
7.3.1 具有吸附分離性能的柔性配位聚合物的構筑 207
7.3.2 具有識別檢測性能的柔性配位聚合物的構筑 210
7.3.3 具有客體捕獲與釋放性能的柔性配位聚合物的構筑 212
參考文獻 214
第8章 配位聚合物納/微米材料 218
8.1 配位聚合物納/微米材料的常用合成方法 218
8.1.1 水熱/溶劑熱法 218
8.1.2 室溫直接沉淀法 220
8.1.3 微波合成法 224
8.1.4 超聲波合成法 226
8.1.5 微乳液法 229
8.1.6 其他合成方法 231
8.2 配位聚合物納/微米材料的應用 231
8.2.1 氣體吸附與分離 231
8.2.2 傳感 234
8.2.3 催化 236
8.2.4 生物應用 238
8.2.5 材料模板 238
8.2.6 其他應用領域 241
8.3 配位聚合物納/微米材料的發(fā)展前景 242
參考文獻 242
第9章 聯(lián)吡啶 配位聚合物的合成及應用 245
9.1 引言 245
9.2 聯(lián)吡啶 鹽的性質 245
9.3 聯(lián)吡啶 鹽在配位化學組裝中的優(yōu)勢 246
9.3.1 聯(lián)吡啶 配體的多樣性 246
9.3.2 聯(lián)吡啶 配體的可設計性 247
9.3.3 聯(lián)吡啶 配體可控定向組裝配位聚合物 250
9.3.4 聯(lián)吡啶 陽離子模板導向合成配位聚合物 252
9.4 聯(lián)吡啶 配位聚合物的應用 254
9.4.1 光致變色 254
9.4.2 客體分子吸附響應 258
9.4.3 光學開關 263
9.4.4 氣體吸附和分離 268
9.5 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 277
10.1 引言 277
10.2 生物金屬有機框架的設計 277
10.2.1 基于氨基酸、多肽和蛋白質的BioMOF的合成與結構 278
10.2.2 基于卟啉和金屬卟啉BioMOF的合成與結構 285
10.2.3 基于核堿基合成的BioMOF 288
10.3 BioMOF的主客體化學與應用展望 297
10.3.1 BioMOF的主客體化學 297
10.3.2 BioMOF在生物領域中的應用 301
10.3.3 BioMOF的發(fā)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 311
11.1 引言 311
11.2 設計與構建 312
11.2.1 “金屬-氨基酸”生物配位聚合物 312
11.2.2 “金屬-肽”生物配位聚合物 318
11.2.3 “金屬-蛋白質”生物配位聚合物 319
11.2.4 “金屬-核堿基”生物配位聚合物 321
11.3 手性及螺旋結構調制 323
11.3.1 手性 323
11.3.2 螺旋結構調制 324
11.4 前景與挑戰(zhàn) 325
11.4.1 無機納米材料的合成 325
11.4.2 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 335
12.1 基于柔性配體的配位聚合物的設計合成與結構 336
12.1.1 基于柔性配體的配位聚合物的結構多樣性 336
12.1.2 基于柔性配體的配位聚合物的設計和合成 339
12.1.3 基于柔性配體的手性配位聚合物 344
12.1.4 由柔性配體誘導的動態(tài)配位聚合物 347
12.2 基于柔性配體配位聚合物的應用 350
12.2.1 基于柔性配體配位聚合物的氣體吸附 350
12.2.2 基于柔性配體配位聚合物的異相催化 355
12.2.3 基于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 370
13.1 引言 370
13.2 氨基酸的配位化學和配位模式 370
13.3 第二配體對組裝的影響 372
13.3.1 含單齒咪唑配體的三棱柱異金屬簇合物 373
13.3.2 含雙齒乙酸配體的三十核八面體簇合物 373
13.3.3 雙齒配體乙酸對組裝的影響 375
13.4 反應物配比對組裝的影響 377
13.4.1 由兩個Cu(Gly)2橋連[La6Cu24]簇形成的一維化合物 377
13.4.2 由三個Cu(Gly)2橋連[Ln6Cu24]簇形成的二維化合物（Ln = Eu, Gd, Er） 379
13.4.3 由五個Cu(Gly)2橋連[Sm6Cu24]簇形成的三維化合物 380
13.4.4 由六個Cu(Pro)2橋連[Nd6Cu24]簇形成的三維化合物 382
13.5 結晶條件對組裝的影響 384
13.6 鑭系金屬對組裝的影響 386
13.6.1 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） 386
13.6.2 由三個Cu(Gly)2橋連[Ln6Cu22]簇形成的三維化合物（Ln = Eu, Dy） 388
13.6.3 由六個Cu(Gly)2橋連[Er6Cu24]簇形成的三維化合物 390
13.7 銅-稀土金屬-甘氨酸化合物的碎片組裝動態(tài)化學 393
13.8 過渡金屬離子對組裝的影響 396
13.8.1 與過渡金屬鈷或鎳形成的七核八面體簇化合物 397
13.8.2 與過渡金屬鈷、鎳或鋅形成的七核三棱柱簇化合物 398
13.9 其他因素的影響 400
13.10 總結 400
參考文獻 400
第14章 多酸基多孔金屬有機框架材料 406
14.1 多酸基金屬有機框架材料的背景介紹 406
14.2 多酸基金屬有機框架材料的合成 407
14.2.1 多酸基金屬有機框架晶態(tài)材料的合成 407
14.2.2 多酸負載型金屬有機框架材料的合成 408
14.3 三維開放式多酸基多孔金屬有機框架及其應用 409
14.3.1 多酸基金屬有機框架單晶材料及其應用 409
14.3.2 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 437
15.1 配位聚合物的結構特點 437
15.2 配位聚合物的分類 438
15.2.1 從空間維度分類 438
15.2.2 從配體種類分類 438
15.3 配位聚合物的結構設計 441
15.3.1 結構設計的原理 441
15.3.2 金屬離子的選擇 441
15.3.3 配體的選擇 442
15.4 配位聚合物的結構表征 442
15.4.1 X射線結構分析 442
15.4.2 紅外光譜分析 443
15.4.3 紫外-可見吸收光譜分析 443
15.4.4 熱重分析 443
15.4.5 X射線光電子能譜分析 443
15.4.6 質譜分析 444
15.4.7 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 447
16.1 晶體工程簡介 447
16.2 非共價相互作用 447
16.2.1 范德瓦耳斯力 448
16.2.2 氫鍵 448
16.2.3 π-π作用 449
16.2.4 配位鍵 450
16.2.5 非共價作用力的晶體學分析 454
16.3 配位聚合物的結構與構筑 460
16.3.1 概念與術語 460
16.3.2 網絡與結構 462
16.4 總結與展望 478
參考文獻 479
第17章 配位聚合物的拓撲結構 483
17.1 拓撲網絡的基本概念及拓撲網絡表示方法 483
17.1.1 拓撲網絡的基本概念 484
17.1.2 拓撲網絡的表示方法 484
17.2 拓撲網絡的分類 490
17.2.1 一維拓撲結構 491
17.2.2 二維拓撲結構 492
17.2.3 三維拓撲結構 495
17.3 拓撲網絡分析軟件簡介 502
17.3.1 Diamond軟件簡化拓撲結構 502
17.3.2 Topos軟件簡化拓撲結構 505
17.3.3 Olex軟件簡化拓撲結構 521
17.4 總結 523
參考文獻 524
第18章 高連接的配位聚合物 527
18.1 引言 527
18.2 單節(jié)點的高連接拓撲網 529
18.2.1 奇數(shù)連接的拓撲網（7-連接和9-連接） 529
18.2.2 8-連接的拓撲網 529
18.2.3 10-連接的拓撲網 532
18.2.4 12-連接的拓撲網 533
18.2.5 14-連接的拓撲網 535
18.3 雙節(jié)點的高連接拓撲網 535
18.3.1 (3, 8)-連接的拓撲網 535
18.3.2 (3, 9)-連接的拓撲網 536
18.3.3 (3, 12)-連接的拓撲網 537
18.3.4 (3, 24)-連接的拓撲網 538
18.3.5 (3, 36)-連接的拓撲網 539
18.3.6 (4, 8)-連接的拓撲網 539
18.3.7 (4, 9)-連接的拓撲網 540
18.3.8 (4, 12)-連接的拓撲網 541
18.3.9 其他雙節(jié)點的高連接拓撲網 542
18.4 三節(jié)點的高連接拓撲網 545
18.4.1 (3, 4, 6)-連接的拓撲網 545
18.4.2 (4, 8, 16)-連接的拓撲網 546
18.4.3 (3, 4, 8)-連接的拓撲網 546
18.4.4 (3, 6, 12)-連接的拓撲網 547
18.4.5 (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 551
19.1 相同結構基元穿插得到的配位聚合物 551
19.1.1 1D→2D/3D 551
19.1.2 2D→2D/3D 553
19.1.3 3D→3D 554
19.2 不同種網絡穿插得到的配位聚合物 559
19.2.1 1D + 2D→3D 559
19.2.2 1D + 3D→3D 559
19.2.3 2D + 2D→3D 560
19.2.4 2D + 3D→3D 561
19.2.5 3D + 3D→3D 561
19.3 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 567
20.1 引言 567
20.2 配位聚合物材料中的自然結構缺陷 568
20.2.1 晶體位錯 568
20.2.2 配體或金屬缺失 569
20.2.3 局部結構缺失 569
20.2.4 部分穿插 569
20.3 配位聚合物結構缺陷的表征 570
20.3.1 顯微技術 570
20.3.2 光譜技術 573
20.3.3 單晶X射線衍射技術 575
20.3.4 酸堿電位滴定 576
20.3.5 對晶體缺陷的理論計算研究 576
20.4 配位聚合物材料中的人為結構缺陷 577
20.4.1 配位聚合物材料中人為結構缺陷的生成 577
20.4.2 MOF結構內的關聯(lián)缺陷和有序缺陷 585
20.5 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 596
21.1 引言 596
21.2 金屬多氮唑框架的配位與結構化學 596
21.3 咪唑陰離子配位模式 598
21.3.1 與線形配位的金屬離子組裝鏈狀結構 598
21.3.2 與四面體配位的金屬離子組裝沸石型多孔結構 599
21.4 吡唑陰離子配位模式 604
21.4.1 基于簇的三維框架 605
21.4.2 基于鏈的三維框架 607
21.5 三氮唑陰離子配位模式 609
21.5.1 1,2,3-三氮唑配位模式 609
21.5.2 1,2,4-三氮唑配位模式 612
21.6 其他配位模式 614
21.7 總結 615
參考文獻 615
第22章 硼咪唑框架材料的結構 623
22.1 硼咪唑框架材料的發(fā)展 623
22.2 硼咪唑框架材料的合成策略 625
22.2.1 BIF材料的構筑策略 625
22.2.2 BIF的電荷平衡 626
22.2.3 BIF配體的合成 627
22.3 硼咪唑框架材料主要分類 628
22.3.1 基于4-連接硼咪唑配體構筑的BIF 628
22.3.2 基于3-連接硼咪唑配體構筑的BIF 631
22.4 硼咪唑框架材料的應用及發(fā)展前景 634
22.4.1 BIF負載貴金屬納米粒子的研究 634
22.4.2 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 641
23.1 稀土配位聚合物概述 641
23.2 稀土-銅簇聚物 641
23.3 稀土-鎘配聚物 649
23.4 稀土-銀配聚物 651
23.5 稀土-鋅配聚物 653
23.6 稀土-錳配聚物 655
23.7 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 658
24.1 多孔羧酸配位聚合物概述 658
24.1.1 研究歷史 658
24.1.2 設計合成策略 660
24.1.3 合成方法 664
24.2 多孔羧酸配位聚合物的設計合成與結構 667
24.2.1 手性與非中心對稱結構 667
24.2.2 分子篩拓撲結構 671
24.2.3 大孔道的結構 675
24.2.4 低密度的結構 680
24.2.5 穩(wěn)定的多孔結構 685
參考文獻 689
第25章 多酸為無機配體構筑的配位聚合物結構 701
25.1 引言 701
25.2 以Keggin型多酸為無機配體構筑的配位聚合物 703
25.2.1 Keggin型多酸與中性配體結合構筑的配位聚合物 704
25.2.2 Keggin型多酸與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 708
25.2.3 Keggin型多酸與現(xiàn)場生成配體結合構筑的配位聚合物 711
25.3 以Wells-Dawson型多酸為無機配體構筑的配位聚合物 713
25.3.1 Wells-Dawson型多酸與中性配體結合構筑的配位聚合物 713
25.3.2 Wells-Dawson型多酸與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 716
25.3.3 Wells-Dawson型多酸與現(xiàn)場生成配體結合構筑的配位聚合物 717
25.4 以Lindqvist型多酸為無機配體構筑的配位聚合物 717
25.5 以Anderson型多酸為無機配體構筑的配位聚合物 719
25.5.1 Anderson型多酸與中性配體結合構筑的配位聚合物 720
25.5.2 Anderson型多酸與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 721
25.6 以多鉬酸鹽為無機配體構筑的配位聚合物 723
25.6.1 多鉬酸鹽與中性配體結合構筑的配位聚合物 724
25.6.2 多鉬酸鹽與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 729
25.6.3 多鉬酸鹽與現(xiàn)場生成配體結合構筑的配位聚合物 730
25.7 以多鎢酸鹽為無機配體構筑的配位聚合物 731
25.7.1 多鎢酸鹽與中性配體結合構筑的配位聚合物 732
25.7.2 多鎢酸鹽與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 734
25.8 以多釩酸鹽為無機配體構筑的配位聚合物 735
25.8.1 多釩酸鹽與中性配體結合構筑的配位聚合物 737
25.8.2 多釩酸鹽與陰離子配體結合構筑的配位聚合物 738
25.9 以P2Mo5和P4Mo6型多酸為無機配體構筑的配位聚合物 739
25.9.1 P2Mo5和P4Mo6型多酸與中性配體結合構筑的配位聚合物 740
25.9.2 P2Mo5和P4Mo6型多酸與現(xiàn)場生成配體結合構筑的配位聚合物 740
參考文獻 742
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