有機/無機複合鎵和混合金屬磷酸鹽的水熱合成、晶體結構與性質研究

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研究生：	張文明 Wen-Ming Chang
論文名稱：	有機/無機複合鎵和混合金屬磷酸鹽的水熱合成、晶體結構與性質研究 Hydrothermal Syntheses, Crystal Structures and Properties of Organic/Inorganic Hybrid Gallium and Mixed-Metal Phosphates
指導教授：	王素蘭 Sue-Lein Wang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	313
中文關鍵詞：	磷酸鹽、水熱合成、結構、有機、無機、鎵
外文關鍵詞：	Phosphates, Hydrothermal Syntheses, Structures, Organic, Inorganic, Gallium
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本論文研究的方向主要以水熱合成法合成具有微孔結構或特殊性質的金屬磷(砷)酸鹽材料，並探討其合成條件、結構化學與化合物的物理性質。其中微孔材料是具有分子篩或開放性骨架結構的固態無機物，其孔洞的大小範圍為5 ~ 20Å。在本論文中總共合成了21個新穎結構的化合物，依照種類不同主要可以區分為三個部分：
第一部分是利用草酸根作為配位橋基，連接混合金屬磷酸鹽或單一金屬磷酸鹽來合成一系列有機/無機複合材料，其中混合金屬以Mn與Ga、V與Ga為主，而單一金屬以Ga為主。相較於無機的配位基PO43-及AsO43-，以有機的配位基具有較大的尺寸且多樣的連接型態，因此可以利用有機化合物的嵌入得到多種具有新穎結構的材料。另外一方面，以往草酸根常被用來做連接為金屬橋基磁性的研究，因此我們也希望能針對一系列具有磁性的微孔固體(Magnetic micro-porous solids)做有關磁化學的研究。在本論文中所合成出來的結構型態包括二維及三維，並在混合金屬磷酸鹽中以草酸連接是在這個領域中從來沒有的。
第二部分是研究關於金屬磷(砷)酸鹽系統，金屬主要以Ga為主，結構型態有二維及三維金屬磷(砷)酸鹽。經由文獻報導得知Ga與Fe或者是Al很容易產生等結構之化合物，於是我們希望能夠合成出更新穎的結構化合物。
第三部分是研究混合金屬乙基二亞磷酸鹽化合物，其中金屬以V與Ga為主。此部份是探討已發表在Angewandte Chemie International Edition期刊上一個新微孔物質的結構、化學式、以及磁性的正確性。在此期刊中，作者對化合物的結構解析不嚴謹(R = 0.101)，因此，本論文即根據此晶體作一結構解析及性質探討。

第一章       緒論

    1-1   前言    1

    1-2   微孔材料的簡介與應用    3


第二章       儀器分析

    2-1   鑑定方法    12
          2-1-1   本研究中所使用的儀器機型    12
          2-1-2   鑑定的流程方式    13

    2-2   儀器測量簡介    13
          2-2-1   單晶X-ray結構分析    13
          2-2-2   粉末X-ray繞射分析    18
          2-2-3   熱重量/微差熱分析    20
          2-2-4   元素分析    21
          2-2-5   超導量子干涉磁量儀之磁性分析    23
          2-2-6   電子微碳分析    27
          2-2-7   傅立葉紅外線光譜分析    29


第三章       實驗部分

    3-1   研究方法    32

    3-2   實驗藥品    37

    3-3   合成步驟    39

    3-4   研究成果與摘要    47


第四章       結果與討論

    4-1   (C3H12N2)2[(VO)2(C2O4)Ga2(PO4)4]    56
          4-1-1   晶體結構解析    56
          4-1-2   結構描述與討論    57
          4-1-3   鑑定與性質研究    60

    4-2   (C10H28N4)[(VO)2(C2O4)Ga2(PO4)4]•2H2O    63
          4-2-1   晶體結構解析    63
          4-2-2   結構描述與討論    64

    4-3   (C7H21N3)0.5(H3O)[Mn(H2O)2Ga4F2(C2O4)(PO4)4]•4H2O    67
          4-3-1   晶體結構解析    67
          4-3-2   結構描述與討論    68
          4-3-3   鑑定與性質研究    72

    4-4   (C5H14N2)[Mn(H2O)2Ga4F2(C2O4)(PO4)4]•3H2O    75
          4-4-1   晶體結構解析    75
          4-4-2   結構描述與討論    76
          4-4-3   鑑定與性質研究    80

    4-5   (C4H12N2)[Mn(H2O)2Ga4F2(C2O4)(PO4)4]•3H2O    83
          4-5-1   晶體結構解析    83
          4-5-2   結構描述與討論    84

    4-6   (C4H16N3)[MnGa2(C2O4)2(HPO4)2(PO4)]    88
          4-6-1   晶體結構解析    88
          4-6-2   結構描述與討論    89
          4-6-3   鑑定與性質研究    93

    4-7   (C10H10N2)[Ga4(OH)2(C2O4)(HPO4)2(PO4)2]    96
          4-7-1   晶體結構解析    96
          4-7-2   結構描述與討論    97

    4-8   (C10H10N2)(C10H9N2)[Ga(C2O4)2(H2PO4)2]    100
          4-8-1   晶體結構解析    100
          4-8-2   結構描述與討論    101

    4-9   (C4H12N2)[Ga2(C2O4)(HPO4)3]    103
          4-9-1   晶體結構解析    103
          4-9-2   結構描述與討論    105
          4-9-3   鑑定與性質研究    107

    4-10   (C6H18N3)(H3O)[Ga4(OH)(C2O4)(H2PO4)(PO4)4]•2H2O    108
           4-10-1   晶體結構解析    108
           4-10-2   結構描述與討論    110
           4-10-3   鑑定與性質研究    113

    4-11   (C10H28N4)[Ga4(OH)(C2O4)(H2PO4)(PO4)4]    115
           4-11-1   晶體結構解析    115
           4-11-2   結構描述與討論    116
           4-11-3   鑑定與性質研究    119

    4-12   (C3H12N2)2[Ga4F2(C2O4)(PO4)4]    121
           4-12-1   晶體結構解析    121
           4-12-2   結構描述與討論    122
           4-12-3   鑑定與性質研究    125

    4-13   (C6H16N2)2[Ga4(C2O4)(PO4)4(H2PO4)2]•2H2O    126
           4-13-1   晶體結構解析    126
           4-13-2   結構描述與討論    127
           4-13-3   鑑定與性質研究    130

    4-14   (C13H16N2)[Ga4(PO4)4(H2PO4)2]    132
           4-14-1   晶體結構解析    132
           4-14-2   結構描述與討論    133
           4-14-3   鑑定與性質研究    136

    4-15   (C6H21N4)[Ga(HPO4)3]    137
           4-15-1   晶體結構解析    137
           4-15-2   結構描述與討論    138
           4-15-3   鑑定與性質研究    140

    4-16   (C4H16N3)[Ga2(PO4)3]    141
           4-16-1   晶體結構解析    141
           4-16-2   結構描述與討論    142
           4-16-3   鑑定與性質研究    145

    4-17   (C6H18N3)[Ga5(OH)2(PO4)4(HPO4)2]•2H2O    146
           4-17-1   晶體結構解析    146
           4-17-2   結構描述與討論    147
    4-18   (C4H12N2)[Ga3(H2O)F3(HPO4)(PO4)2]    151
           4-18-1   晶體結構解析    151
           4-18-2   結構描述與討論    152
           4-18-3   鑑定與性質研究    154

    4-19   (C3H12N2)[Ga4F2(H2O)(PO4)4]    155
           4-19-1   晶體結構解析    156
           4-19-2   結構描述與討論    157
           4-19-3   鑑定與性質研究    159

    4-20   (C10H28N4)[Ga4O2(AsO4)4]    160
           4-20-1   晶體結構解析    160
           4-20-2   結構描述與討論    161
           4-20-3   鑑定與性質研究    164

    4-21   K[Ga(VO)2(H2O)2(C2H4P2O6)2]•3.5H2O    165
           4-21-1   晶體結構解析    165
           4-21-2   結構描述與討論    166
           4-21-3   鑑定與性質研究    169


第五章       結論

    5-1   結構部分    173
    5-2   實驗部分    176

    5-3   未來展望    177


參考文獻    179

附錄A       晶體結構解析的詳細資料表      185

附錄B       化合物的粉末X-ray繞射圖比對    296

                                

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