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由于类沸石分子筛材料在催化、吸附、气体分离和离子交换等方面的广泛应用，科学工作者付出了极大的努力用于合成具有新组分以及新开放型骨架结构的微孔化合物。与硅铝分子筛相比，锗酸盐是近10年才发展起来并逐渐引起了人们兴趣的一类具有新型骨架元素的微孔材料。锗与硅处于同一主族、相邻周期，二者有着相似的化学性质。但作为不同的微孔骨架构筑元素，它们又存在很大的差异，如硅一般以四面体的方式参与骨架的构筑。锗除了可以形成四配位的GeO4四面体外，还可以形成五配位GeO5三角双锥(或四方锥)和六配位GeO6八面体结构。另外，Ge-O键的键长明显大于Si-O键的键长，并且Ge-O-Ge键角明显小于Si-O-Si的键角。这些因素使得锗在参与构筑化合物骨架时更加灵活，易形成三元环或锗氧簇，从而在不同的合成条件下有可能合成出不同于硅酸盐分子筛结构类型的新型锗酸盐。本文设计合成了三种含锗开放骨架型化合物[Cu(H2O)2(OH)]2Ge(PO4)2、CdGe(OH)3PO4和Na4Ge9O20，并对其结构和性质进行了初步的研究。本论文包含了以下三个部分：
1.磷酸铜锗微孔化合物的合成、结构及性质研究以三乙胺作为结构导向剂，水和1，2-丙二醇为混合溶剂，通过溶剂热法合成出[Cu(H2O)2(OH)]2Ge(PO4)2三维骨架化合物，通过元素分析，单晶衍射结构分析，红外光谱，粉末衍射，热重，磁性测定，气体吸附等方法对其结构、热稳定性、磁性和气体吸附性质做了深入表征。
[Cu(H2O)2(OH)]2Ge(PO4)2的骨架结构是由CuO6八面体、GeO6八面体、PO4四面体构筑而成的。它是一个具有相互交叉的六元环和八元环孔道结构的开放骨架型化合物，将其处理(加热到200℃持续2小时)，进行H2吸附实验。在压强为100atm，温度为77K时的吸附H2的量为1.2 wt.％(4.0 vol.％)。在[Cu(H2O)2(OH)]2Ge(PO4)2的骨架结构中Cu和Cu之间通过配位水连接形成一维链，Cu…Cu之间的距离为4.268(2)A。[Cu(H2O)2(OH)]2Ge(PO4)2显示出弱的反铁磁相互作用。
2.开放骨架结构磷酸镉锗的合成、结构及性质研究以三乙胺作为结构导向剂，水和1，2-丙二醇为混合溶剂，通过溶剂热法合成出CdGe(OH)3PO4三维骨架化合物，通过单晶衍射仪确定其结构，用红外对其结构进行了表征，并通过粉末衍射和热重图研究了其热稳定性。CdGe(OH)3PO4是由一个GeO2(OH)4八面体，一个CdO4(OH)2八面体和一个PO4四面体构成的，含有一维六元环孔道的骨架型化合物。该化合物属于一类具有开放骨架结构的过渡金属-锗-磷酸盐材料。结合热重和粉末衍射图可得该物质的稳定性较好，在400℃时骨架坍塌。
3.新型锗酸盐Na4Ge9O20的合成和结构研究以六甲基磷酰三胺(HMPA)作为结构导向剂，通过溶剂热法合成出两种新型锗酸盐，其中一个已解析出单晶结构。其X射线单晶衍射结果表明组成为NaGe9O20，结晶于四方晶系I41/a空间群。在Na4Ge9O20的骨架结构中，次级结构单元Ge10O28簇(SBU)存在两种连接方式。在[001]方向上，相邻的SBU通过共用四配位锗原子，以‘头对头’的方式连接；在垂直[001]方向上，四个锗原子分别通过氧桥与其它两个SBU相连。在ab面上产生二维的相互垂直的六元环孔道。在c方向上由于SBU的紧密排列而得到三维致密结构(见图9)。客体钠离子填充在骨架结构中平衡电荷。