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[Eu2(BA)6(bipy)2]的晶体结构和荧光光谱

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⑦ 一掰 第3期 无机化学学报 V oI.13,No.3 1997年9 JOURNAL OF INoRGANIC CHEMISTRY S∞L..1997 EE-:(BA)。(bipy):]的晶体结构和荧光光谱 堡塑金林培’ / 寻38 (北京师范大学化学系,北京100875) 吕少哲 (中国科学院激发态物理开放实验室,长春130021) 标题配合物品体属单斜晶系,P2-^空间群,晶胞参数 =1.4162(3)nm,6一1.5377(5)(nm)·c 2.6017(5)ran, 一103.56(3 ),z一4。标题配合物是双核分子,4个苯甲酸的羧基桥联两个中心 Eu(1)离子。它们叉分别与1个苯甲酸的羧基的两个氧原子和一个联吡啶分子的两个氮原子螯合 一 前 配位,形成4,4 双帽三角棱柱体。两个Eu(I)离子的 一。和Eu—N平均键长不等。两个 (Ⅱ)离子的化学环境略有不同。在配合物的 o一 激发光谱里.580.17和580.31 ran处呈现两个 锐峰,可以认为配合物具有两种Eu(1)捂位,选择激发配合物的‘Do能级,得到的 一 n.。发光光谱 表明配合物中Eu(口)离 学环境.这与晶体结枸分析结果一致。 2x核 黄糙蹭 关键词: Eu( 昌体结构 发光光谱 由于希土羧酸配合物具有许多特殊结构和有趣的发光性质,可用于萃取分离,杀菌剂,催 化剂,发光及功能材料等方面。人们就越来越重视研究这类配合物的结构与性质的关系。早在 四十年代就开始了对希土羧酸这一类配合物的合成研究。六十年代采用配位场和分子轨道理 论说明希土离子和配体之间的化学键特点。希土可以与脂肪酸、芳香羧酸、杂环羧酸形成希土 配合物,如各种碳链的烷、烯酸希土配合物 ];卤代羧酸、羟基取代羧酸希土配合物,取代苯甲 酸希土配合物和杂环羧酸的希土配合物 ]。大量研究结果表明,羧基氧原子与金属离子具有多 种配位方式,羧基可以螫合双齿,桥式双齿,m一桥式和单齿等形式配位,使得希土一羧酸配合物 具有层状、无限链状和网层状聚合多种特殊结构。 我们课题组已合成了铕与邻位、间位和对位取代的甲基苯甲酸及邻菲咯啉(或2.2'-联吡 啶)的配合物,还合成了邻位和对位取代的氨基苯甲酸及邻菲咯啉(或2,2'-联吡啶)与部分希 土离子的三元混配配合物。晶体结构测定结果表明,在希土和甲基苯甲酸及邻菲咯啉的配合物 里,由于甲基的空间效应,形成了不同的双核配合物0 。当第二配体是2,2'-联吡啶时,因2, 2 联吡啶的柔性较强,生成一种双核分子 ]。在希土和氨基苯甲酸及邻菲咯啉(或2,2'-联吡 啶)形成的配合物里,由于氨基的空间效应和分子内或分子问氢键,形成了不同的双核分 子 。当氨基处于对位时,形成了一种双核分子,而当氨基处于邻位时,形成了两种不同结构 的双核分子。当第二配体是邻菲咯啉时,易形成单核分子,这可能是由于邻菲咯啉刚性较强的 收稿日期:1996-09-27。 收恪改稿日期:1997-02-20。 国隶攀登计埘和国家自然科学基盘项目资助。 *通讯联系^。 第一作者:张颖(女),28岁,硬士 研究方向l需土配位化学。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 [Eu:(BA) (bJpy):]的晶体结构和荧光光谱 ·281· 缘故。本文研究标题配台物的晶体结构以及高分辨荧光光谱,进一步深入丁锵该类配合物的结 构和发光性质之间的关系。 l晶备、结构分析与光谱测定 标题化台物在95 乙醇中一步台成,母液在空气中缓慢蒸发3~4周,析出无色棱柱单晶 体。选一颗大小为0.2×0.3×0.3mm的配台物单晶体在室温(25土1℃)下进行x射线衍射分 析。在EnrM—NoniusCAD4四圆衍射仪上用MoKa射线石墨单色器以∞一2O扫描方式,在2。≤ ≤ 2 3o范围内共收集衍射数据6984个,其中4297个(,≥3a(1))可观测的衍射点,并用于结构修 正。强度数据进行了Lp因子和经验吸收校正。全矩阵最小二乘法进行修正 用直接法解出结 构,最终偏离因子月=0.061,Rw一0.072。全部计算工作在PDP 11/44和IBM 486计算机上利 用SDP—PLUS程序系统完成。元素分析,IR光谱,拉曼光谱和荧光光谱测定同参考文献0 ]。 2结果、结构描述和讨论 配合物的元素分析数据为C :55.59(55.45),H%:3.37(3.45),N t 4.11(4.1 7),括号 内为计算值。配合物分子量Mr为1343.0,属单斜晶系,P2t/ 空间群。晶胞参数 =I.4162 (3) m,b=1.5377(5)nm,c=2.6017(5)nm,fl=l03.56(3)。,V一5.508(3)nm。,z一4, I.620 g·cilq一, 一2.325 mm~,F(O00)一2672。 = 2.1晶体结构 图1是配台物Eu (BA)6(bipy)2的分子结构图 表1列出了所有非氢原子的坐标和各向异 性温度因子 表2和表3分别列出主要键长和键角值。 从图1可见,该配合物为双核分子,双核中 0嘴i子Eu(1)--Eu(2)之间有4个苯甲酸羧基 桥联,每个Eu(Ⅲ)离子与周围4个羧基桥氧原子、一个螯合配位羧基的2个氧原子和一个bipy 分子中的两个氮原子配位,配位数为8。羧基既有桥式双齿配位,又有螯合双齿配位,桥式和螯 合羧基氧原子到金属离子间的平均距离分别为:Eu(1)0.2325 nm和0.2441 ilm;Eu(2) 0.2338]3133和0.2462 nm。螯台羧基氧原子到金属离子的平均距离大于桥式双齿配位的羧基。 氧原子到金属离子的平均距离 这可能由于四元环张力较大引起的,与金属离子形成的键较 弱。由实验数据得出:毗啶环1[c(76)c(77)c(78)c(79)c(80)N(2)],吡啶环2EC(71)c(72)c (73)C(74)c(75)N(1)]和五元螫台环[c(75)c(76)N(2)Eu(1)N(1)]互不共平面,而它们与以 螯台双齿配位的羧基相连的苯环平面基本上是垂直关系,这样的堆积有利于形成稳定的配台 物。该双核配台物中Eu(Ⅱ)离子的配位多面体为4,4'-双帽三角棱柱体(图2),Eu(1)多面配位 体中0(3),0(9)是两个帽,N(1),N(2),0(11)和0(6),O(7),0(8)分别为二个三角形的三个 顶电;Eu(2)中的0(5),0(12)为双帽,N(3),N(4),0(10)和0(1),0(2),0(4)分别为二个三角 形的顶点。Eu(1)和Eu(2)配位多面体中的二个三角形之间的夹角有所不同 由上述讨论可见, Eu(1)和Eu(2)离子的化学环境有些不同,这一结论为荧光光谱的测定结果所证实。 维普资讯 http://www.cqvip.com

282· 无机化学学报 第l3卷 表1 非氯原子坐标(×10‘)和等效温度因子(^ ×l0 ) Tablel Atomic Coordinatm(×1O‘)andThermal Parameters(^ ×1O’) 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 [Eu:(BA) (bipy) ]的晶体结构和荧光光谱 ·283· 呻嚣 " ”" 叭 州州叫”表0~一州 m ”㈨ ” 川 表2主要键长(^) TItble 2 Selected Itrmd Lerl ̄rhs(A) Eu(1) of3) Euf11 O(6) ~ 2 6(12) 2.477(13) 2.321(I1) 2 333 r11) 2 328f11 2 366(12) 2 297(11) 2-483(16) Eu(2)一o(1) Eu(2)一o(2) Eu门j一0(4) Eu(1) of71 Eu(j) o(8) Eu(1) o(9) Eu C1) O【j1) 2.398(14) 2 328f12) 2 310(13) Eu(2)一o(5 Eu(2)一0 】0) Eu(Z)o(12】 2 369(11) 2.578(15 Eu(1) N(1) Eu(1) N(2) 2 651(13 2.593(14) Eu(2)一N(3) Eu(2)一N(4) 53 2(4) 92.6(d) 77 3({ 79 8 c5) j23.7( ) 75 5( ) 148 6( 1 d8 6f4 152.2(5) 77 5(5) 73 0(4) l 31 5(4) 61.9(51 7(4) 0(4)--Eu(2)--O(10) 维普资讯 http://www.cqvip.com

无机化学学报 第l3卷 图l配合物Eu (BA)一(blpy)2的丹子结构 Fig·1 Molecular corfiguration of the complex Eu2(BA)6(bipy)2 2.2配合物Eut(BA)-(bipy) 的荧光光谱 2.2.1 配合物的非选择性激发发光光谱 在77K下一用337-l nm的激光将配合物Eu (队)e(bipy) 激发,得到发射光谱,如图3所 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 [Eu=(BA) (bJpy):]的晶体结构和荧光光谱 ·285· 图2配合物E (BA)e(bipy):的配位多面体 Fig 2 Polyhedron of the complex Eu2(BA)E(bipy) 图3配合物的非选择激发发光光谱 Fig 3 Non—selec ̄ve luminesoence spectra of the complex 从配合物的非选择性激发的荧光光谱上可以明显看出: 一 n和sD0_7 跃迁的谱带数目大 于2J+1,并有肩峰和伴峰,说明晶体中存在多个发光中心2·2-2配合物的激发光谱 为了进一步确认金属离子格位及对称性,选择了 一 n跃迁发射强度较大的谱线能量 l 6928 _。,16850 cm_。和1681 6 cm一 作为监测,在77K下,测定配合物在17224 l7265 m 峰具有相同的 形,aDo能级的能量分别为1 7232 m一 和1 7236 m一,说明该配合物中有两种E (Ⅲ)离子 的激发光谱如图4,由图可以看出,在不同监测波长所得到的三组激发光谱位。 2.2.3配合物的选择性激发荧光光谱 维普资讯 http://www.cqvip.com

286· 无机化学学报 第l 3卷 在77K下,以激发光谱的峰值位置1 7232和1 7236 cm 为激发能量,将配合物中Eu(Ⅱ) 离子激发到 能级,记录产生的荧光光谱,图5和图6分别给出了配合物在不同波长激发下 得到的 一 F 和 D。一 n跃迁产生的荧光光谱与相应非选择性激发荧光光谱比较图。 一 P . 跃迁谱带较弱,且有明显的重叠。 一 图4臼c台物的 。一 Do激发光谱 圈5配台物的 D。一 F。跃迁荧光光谱 Fig.4 0一 excimtion spectra of the complex Fig.5 D。一 F J fluoreso ̄nce spectra of the complex 由图5可见,以雎 一17232 cm 激发配合物时,在16929 cm,1 6850 cm,1 681 7 cm 处产生三个强峰.其中16850 cm 处比16817 cm一 处的峰稍强。以 …一1 7236 cm 激发配合 物,几乎在相同的位置产生强峰,差别在于16815 cm 处比1 6848 cm 处峰稍强,峰形也不一 样 图6是配合物在 D。一 跃迁区间的荧光 光潜比较图.从图中可见,二个不同激发波长 产生的谱带数目都大于2,/1。Eu(Ⅱ)配合物 的选择激发荧光光谱带一般可能含有两种组 成(1)Eu(Ⅱ)格位的, ,跃迁发射带(2)电子一 声子偶合产生的发射带。 =1 7232 cm 的选 择激发碍到的发光光谱在163l 4 cm,1 6268 cm’16250 eva,I 6229 CH3,16209 cm~、 l 6I 9l cm,161 70 cm一,I6131 cm,1 6105 i6 200 b, C/f/ .16070 erD 处有发射谱带,参考配合物 红外光谱和拉曼光谱,可以发现其中11 6268 cm,1 6250 am J,16209 cm 6314,吣 配台物的 Do一 跃迁荧光光谱 luorescence spectra of Lhc complex cm L6 。D0一 2 fl 61 91 cm 和1 6105 cm 为 一 n发射的谱带;因为配合物的红外和拉曼光谱分别在1 010 (IR)和1 011(R),1 066(IR)和1063(R),1105(1R),1155(IR)和1156(R)cm 出现红外吸收和拉 曼发射谱带。1 6229 cm .16170 cm,161 3 L cm 和1 6070 cm 处的谱带,是电子声子振动 偶合产生的谱带(图中箭头处)。且 一17236 cm 产生的谱峰位于1 6315 cm,1 6270 cm, 16254 cm,16230 cm,I 6209 cm,1 61 94 cm,16114 cm,16070 am一。同样,与配台物 的红外光谱和拉曼光谱图比较后得知,1 63I 5 cm,l6270 cm,16254 cm,1 6209 cm~, 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3列 [Eu (BA)e(bipy):]的晶体结构和荧光光谱 ·287· 1 6194 C1"11一 和16114 cirl 是Eu(Ⅲ)的发射谱带;16230 cirl 和16070 cm 处的谱带是电子一声 子振动偶合产生的谱带 不难看出两种格位跃迁都产生6条发射谱带,其中最强发射谱带都 位于1 6209 cirl~。由于Eu(1)和Eu(2)的化学环境差别不大,它们的最低发射能级 的能量仅 差 cm一。当一种格位中的Eu(Ⅲ)离子被激发,同时可能将一部分能量传输给另一格位中的 Eu(Ⅱ)离子,使其也被激发。因此,二种格位Eu(Ⅲ)离子 Do一 Fz区间的发射谱带差异不明显, 而且不易分辨属于Eu(1)或Eu(2)格位。 Eu (c H COO)。(c…H N ) 的晶体结构数据表明Eu(1)一O和Eu(1)N的平均键长都比相 应的Eu(2)一O和Eu(2)一N的短。这说明Eu(1)形成的配位键的共价性强于Eu(2)形成的配位 键的共价性。在相同配位体形成的配合物中,共价性强的Eu(Ⅲ)配合物中Eu(Ⅲ) Do能级能量 低,因此,在标题配合物中Eu(1)和Eu(2)的 Do能量分别是17232和l7236 cirl~。 2.2.d Eu(Ⅱ)离子格位对称性 在晶体场作用下,Eu(Ⅱ)离子能级发生劈裂,产生Stark能级。能级数目、谱线数目与 金属离子的格位对称性密切相关。通过研究Eu(Ⅱ)离子的 Do一 n跃迁光谱可知金属离子的 局部对称性。Eu(Ⅲ)离子的 Do一 F·跃迁为磁偶极跃迁,不受任何对称性,在不同对称性 下均有发射。其振子强度几乎不随Eu(Ⅱ)离子配位环境而改变。而 D。一 跃迁属电偶极跃 迁,它的发射强度随Eu(Ⅱ)离子配位环境而发生明显的变化,又称为超灵敏跃迁, D。一 跃 迁与 Do一 跃迁谱线的相对强度比可说明中心离子格位的对称性高低。配合物Eu (BA) (bipy) 中Eu(Ⅱ)离子 一 跃迁光谱的强度 D。一 F 跃迁的发射光谱强,因而中心多属铕 离子不处于反演中心上。这一结论与该配合物的晶体结构的测定结果一致。 在32个点群中,能够观察到 风一j 跃迁光谱的只有C ,c,D 和C…因该配合物的晶体 属单斜晶系。所以,配合物被激发后,Eu(Ⅱ)离子的局部对称性可能是C 或c J 0]。 参考文献 Ll J Gmelin Handbook of lrlorgardc Chemistry,Springer—Verta8:Berlin,1984,Part.I)5 [2]马建方、倪嘉瓒,化学进展,l99B,8(4),259 276. [3]金林培、王明昭、蔡冠粱等,中国科学(B辑),l 994,24(6),577—583 ]金林培、王瑞芳、王明昭等,高等学校化学学报,1995,14(9),11 95—1200. [5]王瑞芬、王明昭、金林培等,北京师范大学学报,1994,a0(2),24l一242. [6]王瑞芬、金林培、王明昭等,化学学报,1994.52(1),39—45. [72郑晓梅、金林培、王明昭等,高等学校化学学报,1995,15(7),l 007—1011. [8:吕双喜、金林培、王明昭等.中国希土学拉,1957,15(1),20—24. [9:Jim.Linpei Lu.Shuang ̄J;Lu,Shaozhe R 自女 ,1995,15(22),4069 4077 [1 0:张恩远,发光与显示,198a,3,l8 22. 维普资讯 http://www.cqvip.com

288· 无机化学学报 第l3卷 CRYSTAL sTRucTuRE AND LuMINEscENcE 0F[Em(BA)6(bipy)2] Zhang Yin Jin Linpei (/)zparg,aerd。i cb… .Oeiyag N m槲l州|,酝 g 1 008751 Lu Shaozhe (La&zaC ̄ry, of ̄zc4&d鼬地 ,c Academy & ,吼叫 m 1 30021) Crystal of the mw title complex LEu2(BA)6(bipy)2](BA{benzoate,blpy:bipyrilflne)crystal- lizesin monoclinic,P2l/n space groupwith cell parameters d=1.4162(3)nm,6=1.5377(5)tim,c =2 601 7(5)nm, 一103.56(3)。.z=4.The complex is a binuclear molecule with the four bridged carboxykato grotlps of the benzoic acid bonded to the two eurc'pJum ions,each jOil is also chelat- ed with the two oxygen atoms of a molecule of the benzoic acid and the two nitrogen atoms。f a biDyri— dine molecule respectively,forming a 4,d bicapped trigonal prism.Average Eu—O and Eu。N dis_ tances of the two Eu(Ⅱ)ions are unequa1.This shows the two europium ions are in different chemi。 cal environments.In a —+;Do exci ̄atioil of Speclrum of也e complex two sharp peaks are at 58017 and 580.31 nm.ThisindicatestwoEu(Ⅲ)sites areinvolvedinthe complex.Itis confirmed by seJec_ tively excited Dc emission states of each Eu(Ⅱ)sites.This is in agreement with results of X ray anal— ysis. Keywords: Eu(11)complex crystal slrueture 

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