含有機分子之氟化鈾化合物的合成、結構鑑定與物性探討

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廖家賢(Chia-Hsien Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

含有機分子之氟化鈾化合物的合成、結構鑑定與物性探討
(Synthesis,Characterization and Properties of Organically Templated Uranium Fluorides)

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摘要(中)

摘要
本論文中以水熱法合成出四個新穎結構的氟化鈾化合物以及一個等結構氟化鈾化合物，茲將化合物所列如下：
(U-1) ： [N(CH2CH2NH3)3][UVIO2F3][UIV2F10]．2H2O
(U-2) ： [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15]
(U-3) ： [H4APPIP][U4F20]
(U-4) ： [H3DETA] [U2F11]
(U-5) ： [H4TETA][U2F12]
以上所列化合物均得到單晶，由單晶X-光繞射儀鑑定出結構；之後由粉末X-光繞分析確定產物的純度以及元素分析( EA)確定化合物中C、H、N等元素比例。利用熱重分析(TGA)研究化合物的熱性質；最後利用超導量子干涉磁量儀(SQUID)來量測化合物的磁性現象。
在氟化鈾的系統中化合物(U-1)是第一個具有二維和一維無機結構的混價化合物。化合物(U-2)是在此系統中是第一個同時具有共角、共邊和共面的二維結構。化合物(U-3)為新穎的二維層狀結構；其構造是由雙鏈(double chain)經共角方式連接形成具有六圓環的二維結構。化合物(U-4)為新穎的二維層狀結構；其構造是由UF8和UF9多面體經共角和共邊的方式連接形成具有八圓環的二維結構。化合物(U-5)是一維鏈狀等結構的化合物。

摘要(英)

Recently, Uranium chemistry becomes greatly inviting, owing the high coordination numbers and variety of coordination geometries could be expected to synthesize new, complex framework architectures in the presence of organic species, and the demonstrated applications in fabrication of devices with optical, magnetic, and catalytic properties.
We have synthesized some interesting compounds under hydrothermal conditions.
[N(CH2CH2NH3)3][U3O2F13]·2H2O (U-1) 2D layer
[N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] (U-2) 2D layer
[H4APPIP][U4F20] (U-3) 2D layer
[H3DETA][U2F11] (U-4) 2D layer
[H4TETA][U2F12] (U-5) 1D chain
These compounds have been characterized by single-crystal X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and magnetic susceptibility measurements.The variable-temperature magnetic susceptibility of these compounds are consistent with antiferromagnetic interactions between U(IV) centers.

關鍵字(中)

★ 水熱合成
★ 結構鑑定

關鍵字(英)

★ structure
★ hydrothermal synthesis

論文目次

目錄
摘要 Ⅰ
謝誌 Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章緒論
1-1 簡介 1
1-2 研究方法 3
1-3 單晶X-光繞射實驗與晶體結構解析 5
1-4 研究成果 9
第二章氟化鈾實驗合成與分析
2-1 前言 17
2-2 化合物的合成方法 18
2-2-1 化合物的反應方法 18
2-2-2 實驗部份 19
2-2-2-1 [N(CH2CH2NH3)3][U3O2F13]．2H2O (U-1)合成條件 19
2-2-2-2 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] (U-2) 合成條件 19
2-2-2-3 [H4APPIP][U4F20] (U-3) 合成條件 19
2-2-2-4 [H3DETA][U2F11] (U-4) 合成條件 20
2-2-2-5 [H4TETA][U2F12] (U-5) 合成條件 20
2-3 單晶X-光繞射分析 21
2-3-1 (H3TREN)[U3O2F13]．2H2O (U-1)的晶體結構解析 21
2-3-2 (H3TREN)[U3F15] (U-2)的晶體結構解析 22
2-3-3 (H4APPIP)[U4F20] (U-3)的晶體結構解析 23
2-3-4 (H3DETA)[U2F11] (U-4)的晶體結構解析 23
2-3-5 (H4TETA)[U2F12] (U-5)的晶體結構解析 24
2-4 化合物性質探討 25
2-4-1 元素分析 25
2-4-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 25
2-4-3 熱重量分析(TGA) 26
2-4-3-1 化合物的熱重分析 26
2-4-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析(FTIR) 27
2-4-4-1 傅立葉紅外線吸收光譜分析 28
2-5-5 超導量子干涉磁量儀(SQUID)磁性分析 28
2-5-5-1 化合物磁性分析研究 29
第三章結果與討論
3-0 前言 31
3-1 [N(CH2CH2NH3)3][UVIO2F3][UIV2F10]．2H2O (U-1)的結構描述與討論 31
3-1-1 晶體結構描述與討論 31
3-1-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 32
3-1-3 化合物的元素分析 32
3-1-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析 32
3-1-5 化合物的熱重分析 33
3-1-6 化合物的磁性分析研究 34
3-2 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] (U-2) 的結構描述與討論 35
3-2-1 晶體結構描述與討論 35
3-2-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 36
3-2-3 化合物的元素分析 36
3-2-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析 36
3-2-5 化合物的熱重分析 36
3-2-6 化合物的磁性分析研究 37
3-3 [H4APPIP][U4F20] (U-3) 的結構描述與討論 38
3-3-1 晶體結構描述與討論 38
3-3-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 39
3-3-3 化合物的元素分析 39
3-3-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析 39
3-3-5 化合物的熱重分析 40
3-3-6 化合物的磁性分析研究 40
3-4 [H3DETA] [U2F11] (U-4) 的結構描述與討論 41
3-4-1 晶體結構描述與討論 41
3-4-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 42
3-4-3 化合物的元素分析 42
3-4-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析 42
3-4-5 化合物的熱重分析 43
3-4-6 化合物的磁性分析研究 43
3-5 [H4TETA][U2F12] (U-5) 的結構描述與討論 44
3-5-1 晶體結構描述與討論 44
3-5-2 粉末X-光繞射(PXRD)分析 45
3-5-3 化合物的元素分析 45
3-5-4 傅立葉紅外線吸收光譜分析 45
3-5-5 化合物的熱重分析 45
3-5-6 化合物的磁性分析研究 46
第四章總結 47
參考文獻 136
附錄一 139
<圖目錄>
圖1-1 純水的P-T曲線圖 11
圖1-2 中溫水熱反應器 12
圖1-3 密閉容器內水的填充度與溫度和壓力的關係圖 13
圖1-4 單晶X-光繞射儀之硬體設備 14
圖1-5 Siemens SMART CCD繞射儀收集數據的操作流程 15
圖1-6 SHELXTL Plus程式之晶體結構解析流程 16
圖U1-1 [N(CH2CH2NH3)3][U3O2F13]．2H2O結構的局部架構ORTEP圖 53
圖U1-2 [UO2F3]-一維無限鏈狀多面體圖 54
圖U1-3 [UF10]2-二維層狀沿著[001]方向的多面體圖 54
圖U1-4 [N(CH2CH2NH3)3][U3O2F13]．2H2O沿著[010]方向的多
面體圖 55
圖U1-P1 (H3TREN)[U3O2F13]•2H2O粉末X光繞射圖 56
圖U1- I1 (H3TREN)[U3O2F13]•2H2O FT-IR光譜圖 57
圖U1-T1 (H3TREN)[U3O2F13]•2H2O化合物空氣下燃燒的熱重分析圖 58
圖U1-T2 (H3TREN)[U3O2F13]•2H2O燃燒後剩餘物的熱重分析圖 59
圖U1-T3燃燒後剩餘物JCPDF:47-1493的比對圖 59
圖U1-M1(H3TREN)[U3O2F13]•2H2O磁化率和磁矩與溫度的關係 60
圖U2-1 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 化合物的局部架構圖 61
圖U2-2 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 單一層的多面體圖 62
圖U2-3 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 層的剖析圖 63
圖U2-4 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 沿著[010]方向的多面體圖 64
圖U3-P1 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 粉末X光繞射圖 65
圖U2- I1 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] FT-IR光譜圖 66
圖U2-T1 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 化合物空氣下燃燒的熱重分析圖 67
圖U2-T2 [N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 燃燒後剩餘物的熱重分析圖 68
圖U2-T3燃燒後剩餘物JCPDF:47-1493的比對圖 68
圖U2-M1[N(CH2CH2NH3)3][U3F15] 磁化率和磁矩與溫度的關係 69
圖U3-1 [H4APPIP][U4F20] 化合物的局部架構圖 70
圖U3-2 [H4APPIP][U4F20] 雙鏈(double chain) 71
圖U3-3 [H4APPIP][U4F20] 雙鏈以共角方式連接形成六圓環孔洞 71
圖U3-4 [H4APPIP][U4F20] 單一層的多面體圖 72
圖U3-4 [H4APPIP][U4F20] 沿著[100]方向的多面體圖 73
圖U3-P1 [H4APPIP][U4F20] 粉末X光繞射圖 74
圖U3- I1 [H4APPIP][U4F20] FT-IR光譜圖 75
圖U3-T1 [H4APPIP][U4F20] 化合物空氣下燃燒的熱重分析圖 76
圖U3-T2 [H4APPIP][U4F20] 燃燒後剩餘物的熱重分析圖 77
圖U3-T3燃燒後剩餘物JCPDF:47-1493的比對圖 77
圖U3-M1[H4APPIP][U4F20] 磁化率和磁矩與溫度的關係 78
圖U4-1 [H3DETA][U2F11] 化合物的局部架構圖 79
圖U4-2 [H3DETA][U2F11] 沿著[001]方向的多面體圖 80
圖U4-3 [H3DETA][U2F11] 沿著[001]方向的多面體圖 80
圖U4-4 [H3DETA][U2F11] 單一層的多面體圖和剖析圖 81
圖U4-P1 [H3DETA][U2F11] 粉末X光繞射圖 82
圖U4- I1[H3DETA][U2F11] FT-IR光譜圖 83
圖U4-T1 [H3DETA][U2F11] 化合物空氣下燃燒的熱重分析圖 84
圖U4-T2 [H3DETA][U2F11] 燃燒後剩餘物的熱重分析圖 85
圖U4-T3燃燒後剩餘物JCPDF:47-1493的比對圖 85
圖U4-M1[H3DETA][U2F11] 磁化率和磁矩與溫度的關係 86
圖U5-1 [H4TETA][U2F12] 化合物的局部架構圖 87
圖U5-2 [U2F12]4- 一維無限鏈 88
圖U5-3 [H4TETA][U2F12] 沿著b軸方向的多面體圖 88
圖U5-P1 [H4TETA][U2F12] 粉末X光繞射圖 89
圖U5- I1 [H4TETA][U2F12] FT-IR光譜圖 90
圖U5-T1 [H4TETA][U2F12] 化合物空氣下燃燒的熱重分析圖 91
圖U5-T2 [H4TETA][U2F12] 燃燒後剩餘物的熱重分析圖 92
圖U5-T3燃燒後剩餘物JCPDF:47-1493的比對圖 92
圖U5-M1[H4TETA][U2F12] 磁化率和磁矩與溫度的關係 93
<表目錄>
表1-1 研究成果 19
表U1-1 [N(CH2CH2NH3)3][UO3F13]．2H2O的晶體數據與資料 95
表U1-2 [N(CH2CH2NH3)3][UO3F13]．2H2O的原子座標與熱擾動參數 96
表U1-3 [N(CH2CH2NH3)3][UO3F13]．2H2O的非選擇性鍵長 97
表U1-4 [N(CH2CH2NH3)3][UO3F13]．2H2O的非選擇性鍵角 100
表U1-5 [N(CH2CH2NH3)3][UO3F13]．2H2O的非等向性溫度因子 105
表U2-1 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] 的晶體數據與資料 107
表U2-2 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] 的原子座標與熱擾動參數 108
表U2-3 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] 的非選擇性鍵長 110
表U2-4 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] 的非選擇性鍵角 112
表U2-5 [N(CH2CH2NH3)3] [U3F15] 的非等向性溫度因子 117
表U3-1 [H4APPIP][U4F20] 的晶體數據與資料 119
表U3-2 [H4APPIP][U4F20] 的原子座標與熱擾動參數 120
表U3-3 [H4APPIP][U4F20] 的非選擇性鍵長 122
表U3-4 [H4APPIP][U4F20] 的非選擇性鍵角 123
表U3-5 [H4APPIP][U4F20] 的非等向性溫度因子 127
表U4-1 [H3DETA] [U2F11] 晶體數據與資料 129
表U4-2 [H3DETA] [U2F11] 的原子座標與熱擾動參數 130
表U4-3 [H3DETA] [U2F11] 的非選擇性鍵長 132
表U4-4 [H3DETA] [U2F11] 的非選擇性鍵角 133
表U4-5 [H3DETA] [U2F11] 的非等向性溫度因子 136
表U5-1 [H4TETA][U2F12] 晶體數據與資料 138
表U5-2 [H4TETA][U2F12] 的原子座標與熱擾動參數 139
表U5-3 [H4TETA][U2F12] 的非選擇性鍵長 140
表U5-4 [H4TETA][U2F12] 的非選擇性鍵角 141
表U5-5 [H4TETA][U2F12] 的非等向性溫度因子 142

參考文獻

參考文獻
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指導教授

李光華、徐新光
(Kwang-Hwa Lii、Shin-Guang Shyu)

審核日期

2005-7-21

推文