为探究溶剂对合成有机金属框架化合物的影响机制,采用实验和DFT理论计算相结合的方法,研究溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)对溶剂热法合成有机金属框架材料[Zn4O(BDC)3]8的影响及溶剂与框架间的微观作用机制。粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果表明,NMP在[Zn4O(BDC)3]8孔道中的吸附力较DMF的弱,NMP分子更容易从框架中脱除;热重(TG)和热重-红外联用(TGA/FT-IR)结果表明,以DMF为溶剂合成的[Zn4O(BDC)3]8的热分解温度和热稳定性较高;氮气等温吸附实验(BET)发现,以NMP为溶剂合成的[Zn4O(BDC)3]8的气体吸附性能更强,兰缪尔比表面积高于用DMF合成的[Zn4O(BDC)3]8。调控介电常数设定溶剂分别为NMP和DMF,用COSMO溶剂化方法对溶剂分子与框架化合物基本结构单元Zn4O(BDC)3间相互作用模型进行几何优化计算,发现溶剂设定为NMP时Zn4O(BDC)3优化结构的总能量较溶剂设定为DMF时的高8.6405 k J/mol,这说明DMF分子与Zn4O(BDC)3间的结合力强于NMP分子的,溶剂化作用降低了Zn与O间的离子性;用DMol3在GGA-BLYP/DN水平计算了DMF、NMP或DEF溶剂分子在[Zn4O(BDC)3]8晶体孔道中的相互作用,与DMF相比,NMP在孔道中能量状态稳定性较差,在能量状态角度上NMP应最容易从框架材料孔道中脱除。研究结果说明NMP更有利于合成性质良好的[Zn4O(BDC)3]8,与DMF相比NMP与框架结构基元间的作用力较弱。
