Hydrothermal Synthesis, Crystal Structure and Fluorescence Property of a Tb Coordination Complex

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2023.03.009

Abstract

Abstract:

The Tb coordination complex [Tb(H₂O)₈]?(L)?2(4,4'?bipy)?3H₂O（complex 1） was synthesized by hydrothermal reaction of sodium 1,3,6?naphthalene trisulfonate (Na₃L) and 4,4'?bipy (4,4'?bipy) with Tb(NO₃)₃?6H₂O. The molecular structure and composition of complex 1 were characterized by single crystal X?ray diffraction, FT?IR spectroscopy, thermogravimetric analysis and elemental analysis. Thermal stability and fluorescence emission properties of complex 1 were also evaluated. The results indicate that Tb³⁺ is eight?coordinated in a tetragonal antiprismatic coordination configuration and coordinates with eight H₂O molecules to form [Tb(H₂O)₈]³⁺.L^3- does not coordinate with metal ion, but only balances the positive charge in the molecule. The formation of hydrogen bonds between the sulfonic acid group of the L^3- and the coordinating H₂O molecule connects the [Tb(H₂O)₈]³⁺ and the L^3- to form a one?dimensional chain structure,which in turn expands into a two?dimensional lamellar structure.The fluorescence emission peaks of complex 1 at 395，453 nm are the characteristic peaks of Na₃L, and the emission peaks at 545,601，641 nm are the characteristic peaks of Tb³⁺.

Key words: Coordination complex, Crystal structure, Fluorescence property, Hydrogen bond

摘要：

以1,3,6?萘三磺酸钠（Na₃L）、4,4'?联吡啶（4,4'?bipy）、Tb(NO₃)₃·6H₂O为原料，通过水热合成反应制备了Tb配合物[Tb(H₂O)₈]·(L)·2(4,4'?bipy)·3H₂O（配合物1）。利用单晶X?射线衍射、傅里叶红外光谱、热重分析以及元素分析等表征手段，分析了配合物1的分子结构和组成，并且研究了其热稳定性和荧光发射性质。结果表明，Tb³⁺是八配位，呈四方反棱柱配位构型，与8个H₂O分子配位形成[Tb(H₂O)₈]³⁺；L^3-没有与金属离子配位，只平衡了分子内的正电荷；L^3-的磺酸基与配位H₂O分子之间形成氢键，将[Tb(H₂O)₈]³⁺和L^3-相连，形成一维链状结构，进而将其拓展成二维层状结构；配合物1在395、453 nm处的荧光发射峰为Na₃L的特征峰，在545、601、641 nm处的荧光发射峰为Tb³⁺的特征峰。

关键词: 配合物, 晶体结构, 荧光性质, 氢键

CLC Number:

TQ413.21

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Figures/Tables 9

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参数	数值	参数	数值
化学式	C₃₀H₄₃N₄O₂₀S₃Tb	Z	4
M_w	1 034.78	µ/mm^-1	1.88
晶系	单斜	R_int	0.053
空间群	P2₁/c	R[F²>2σ(F²)]	0.036
T/K	113	wR(F²)	0.090
a/nm	1.566 51(5)	S	1.050
b/nm	1.917 65(4)	Δρ_max/e nm^-3	117
c/nm	1.598 02(5)	Δρ_min/e nm^-3	-151
V/nm³	4.284 50(3)

参数	数值	参数	数值
化学式	C₃₀H₄₃N₄O₂₀S₃Tb	Z	4
M_w	1 034.78	µ/mm^-1	1.88
晶系	单斜	R_int	0.053
空间群	P2₁/c	R[F²>2σ(F²)]	0.036
T/K	113	wR(F²)	0.090
a/nm	1.566 51(5)	S	1.050
b/nm	1.917 65(4)	Δρ_max/e nm^-3	117
c/nm	1.598 02(5)	Δρ_min/e nm^-3	-151
V/nm³	4.284 50(3)

配位键	键长/nm	键长/nm	键长/nm
Tb1—O1	0.243 9(3)	Tb1—O5	0.242 0(3)
Tb1—O2	0.239 7(2)	Tb1—O6	0.236 4(2)
Tb1—O3	0.234 4(3)	Tb1—O7	0.235 8(2)
Tb1—O4	0.238 1(2)	Tb1—O8	0.238 6(2)

配位键	键长/nm	键长/nm	键长/nm
Tb1—O1	0.243 9(3)	Tb1—O5	0.242 0(3)
Tb1—O2	0.239 7(2)	Tb1—O6	0.236 4(2)
Tb1—O3	0.234 4(3)	Tb1—O7	0.235 8(2)
Tb1—O4	0.238 1(2)	Tb1—O8	0.238 6(2)

配位键	键角/（°）	配位键	键角/（°）
O1—Tb1—O2	82.30(9)	O3—Tb1—O5	77.41(10)
O1—Tb1—O3	70.45(11)	O3—Tb1—O6	146.63(10)
O1—Tb1—O4	141.46(9)	O3—Tb1—O7	112.44(10)
O1—Tb1—O5	116.82(10)	O3—Tb1—O8	139.28(9)
O1—Tb1—O6	141.91(10)	O4—Tb1—O5	71.98(9)
O1—Tb1—O7	74.07(9)	O4—Tb1—O6	75.24(9)
O1—Tb1—O8	75.35(10)	O4—Tb1—O7	138.06(9)
O2—Tb1—O3	80.45(9)	O4—Tb1—O8	124.11(9)
O2—Tb1—O4	74.04(9)	O5—Tb1—O6	78.05(10)
O2—Tb1—O5	142.96(9)	O5—Tb1—O7	70.32(9)
O2—Tb1—O6	107.04(9)	O5—Tb1—O8	139.52(9)
O2—Tb1—O7	146.44(9)	O6—Tb1—O7	79.62(9)
O2—Tb1—O8	73.60(8)	O6—Tb1—O8	72.41(9)
O3—Tb1—O4	75.87(10)	O7—Tb1—O8	77.54(9)