生物小分子体系及血浆中稀土化学形态的研究

生物小分子配体的二、三元及多元体系中稀土的化学形态研究是考察稀土在体内的分布、代谢和生物效应的关键，对阐明稀土对环境和人体健康的影响及其作用机理具有十分重要的意义。1. 稀土与生物小分子溶液体系的研究 （1）在模拟生理条件下研究了Yb(III)分别与组氨酸、苏氨酸、脯氨酸以及Zn(II)分别与脯氨酸、色氨酸组成的五个新二元溶液体系。经计算机程序优化得到体系中生成的物种类型及各物种的稳定常数。所有体系均有1100型物种生成，Yb(III)-组氨酸体系还有1102型物种生成。（2）在模拟生理条件下研究了Pr(III)、Gd(III)、Tb(III)、Yb(III)四种稀土离子和Ca(II)、Zn(II)两种生命金属离子与组氨酸、色氨酸、苏氨酸及脯氨酸组合成的五个新三元体系。发现五个双氨基酸体系中均有三元配合物物种生成。除稀土（/Zn）-Pro-Thr体系外，三元配合物均广泛存在并有很高含量。总体来看，稀土的配位行为相近，其中Gd(III)和Tb的尤为相似。在包括组氨酸的体系中，Ca(II)和Zn(II)的三元配合物明显比稀土物种稳定。而在其它体系中，Ca(II)、Zn(II)三元配合物的稳定性接近或小于稀土的相应物种。2. 金属离子与生物分子多元体系的数学模型法研究 （1）对稀土离子（钆）、生命金属离子（钙或锌）与两种氨基酸配体共存的五个新四元体系，利用已有的二、三元配合物稳定常数，经程序进行了模拟计算，对各金属物种的分布变化进行了分析。结果表明，在组氨酸参与配位的两个体系中，稀土Gd(III)对Ca(II)或Zn(II)的物种分布影响较小。而在其它三个体系中，与三元体系相比，金属的三元物种含量均降低，自由离子和二元配合物的含量升高，这说明稀土在生物配体体系中对Ca(II)或Zn(II)具有竞争取代作用。（2）首次建立多相模型用数学模型法研究了人体血浆中二十二种配体（包括磷酸根、碳酸根、蛋白质生物大分子及生物小分子）同时存在的条件下Gd(III)、Ca(II)、Zn(II)的分布情况及Gd(III)的存在对Ca(II)、Zn(II)物种分布的影响。结果表明，进入血浆中的稀土绝大部分以磷酸盐和碳酸盐沉淀形式存在。可溶态稀土主要分布于与运铁蛋白、草酸、免疫球蛋白、柠檬酸、天冬氨酸等生成的物种及含羟基物种之间，并且可溶态稀土的分布受稀土总浓度和pH值的影响。稀土的浓度高于血浆中本底值时将对Ca(II)、Zn(II)的物种分布产生影响。以上工作取得的新成果不仅丰富了稀土的生物无机化学，而且为阐明稀土生物效应和评估稀土农用安全性提供了科学数据。

生物小分子体系及血浆中稀土化学形态的研究

对生物小分子体系及人体血浆多元本系中稀土化学形态的研究是考察体内稀土吸收、代谢和生物效应的关键，对阐明稀土对环境和人体健康的影响具有十分重要的意义。本文用pH滴定法和数学模型法研究了生物小分子体系及人体血浆中稀土、钙和锌的化学形态。取得了很有价值的新结果。1.稀土及钙、锌生物小分子溶液体系的研究（1）在模拟生理条件下，用pH滴定法对Pr、Gd、Tb、Yb、Ca、Zn六种金属离子与乳酸、天冬酰胺、瓜氨酸、硫代苹果酸、丁二酸五种小分子生物配体形成的三十个二元体系进行了研究。利用SCOGS2程序处理滴定数据，得到了各体系中合理的物种类型及稳定常数值。在两种氨基酸体系中，稀土和钙均只生成1200型一种配合物，而锌而有1100和1200型两种物种出现。在其它三种小分子有机酸体系中，稀土只生成1100型一种配合物，而钙和锌的物种则相对较多。一般来说，配合物稳定性顺序为：稀 > 稀土 >钙。（2）在模拟生理条件下，用pH滴定法对Pr、Gd、Tb、Yb、Ca、Zn六种金属离子与以柠檬酸为第一配体，分别以乳酸、谷氨酸、组氨酸、脯氨酸、亮氨酸、天冬氨酸为第二配体组成的三十六个三元体系进行了研究，能过计算确定了体系中存在的物种形式，并得到了各三元配合物的稳定常数值。另外，对各体系中金属的物种分布情况也作了深入的研究。各三元体系中均有三元物种生成。除M-Cit-Pro体系中三元配合物种类较少外，其余体系中稀土的三元配合物物种都在两种以上，而锌和钙的三元物种相对要少一些。空间位阻效应对三元配合物稳定性的影响较明显。各体系中稀土离子的配位行为相近，相应三元配合物稳定性有随离子半径减小而增大的趋势。钙的相应三元配合物没有稀土的稳定。锌的配合物稳定性与相应稀土配合物的稳定性相差不大，有的比稀土的低。2.稀土及钙、锌与生物分子多元体系的数学模型法研究（1）利用已有的金属离子与生物小分子二、三元体系的数据，经COMICS程序计算，得到了稀土Pr和Ca共存于以柠檬酸为第一配体，分别以乳酸、谷氨酸、组氨酸、脯氨酸、亮氨酸、天冬氨酸为第二配体的四元体系中金属的物种分布情况，并对体系中的物种变化作了分析。各体系中钙对镨的物种分布基本无影响。而镨对钙有较大影响，且对钙的三元配合物的影响更为强烈。（2）对Tb（III）、Ca（II）和Zn（II）在含有29种配体的人体血浆模型中的物种分布进行了数学模型法研究，并研究了Pb(III)对Ca(II)和Zn(II)物种分布的影响。结果表明，Tb(III)在人体血浆中主要以TbPO_4和Tb_2(CO_3)_3沉淀的形式存在。可溶Tb(III)在浓度较低时，主要与运铁蛋白结合成生[Tb(Tf)]；在浓度较高时，主要以[Tb(HSA)]和[Tb_2(Tf)]的形式存在。Tb(III)浓度的升高将导致自由Ca(II)离子含量的增加和Ca(II)配合物含量的降低。Tb(III)在较高浓度时使Zn(II)配合物的含量降低，对[Zn(Tf)]的影响最显著。

Cyanex302及CA-12萃取稀土动力学的研究

随着萃取技术的不断发展，人们日益要求更加深入的了解萃取过程的机制及其动力学特性。以便有效地控制和强化萃取过程，提高萃取效率，或者利用萃取动力学的差异来实现某些分离嘴过程。尽管许多萃取过程进行得很快，但是人们也发现不少的金属鳌合物萃取体系，其萃取过程相当缓慢。因而这类体系的萃取机制和萃取动力学问题已日益引人注目。除此而外，在设计，放大或改进萃取设备时，研究和掌握有关萃取过程的动力学规律也有十分重要意义。在本文中主要对稀土萃取动力学进行了研究，得到主要结果如下：1．研究了硫代有机磷酸Cyan.ex302萃取饵的动力学。通过测定各种萃取条件对萃取速率的影响，获得了萃取速率方程，并讨论了萃取的控制过程。实验发现萃取剂中的杂质对萃取具有较大的加速作用，这对工业生产具有一定的实际意义。2.用两相滴定法测定了两种新合成的J梭酸萃取剂CA-12和CA-100的某些重要的物理常数。这将有助于深入研究它们的萃取性质及机理。3．用层流恒界面池研究了CA-12萃取La, Gd,Er, Yb和Y的动力学。考察了各种因素对萃取速率的影响，获得了它们的萃取速率方程，实验发现了它们的萃取控速步骤并推测了其萃取机理。4．研究了HEHEHP对CA-12萃取Yb和Y的动力学的影响。实验发现在CA一12中加入少量的HEHEHP后，萃取活化能显著降低，萃取速率明显加快。由于加入HEHEHP后，萃取Yb的活化能的降低要比萃取Y的活化能降低的程度大'，所以使Yb和Y的萃取分离因素加大。5．用两相滴定法研究了HEHEHP萃取铭的机理，CA-12萃取稀土及其相关离子的机理。并计算了它们相应的平衡常数。

稀土离子对钙调蛋白及其靶酶结构与功能的影响

稀土元素由于在农业上的广泛应用已经越来越多地进入到生物体循环中，因此在分子水平上研究它们对生物体功能的影响及其作用机理成为人们迫切需要解决的课题。钙调蛋白（CaM）是广泛存在于生物体内的一种多功能的调节蛋白，调节着至少40余种酶的活性。基于上述原因，本文选取钙调蛋白作为研究对象，系统地比较了不同浓度的钙离子和稀土离子对它的靶酶钙调神经磷酸酶、磷脂酶凡、乳酸脱氢酶活性的影响，并采用荧光光谱、同步荧光光谱、紫外差谱、红外光谱等方法研究了它们对钙调蛋白及其靶酶构象变化的影响。发现稀土离子对钙调蛋白靶酶的活性均表现出"低浓度促进，高浓度抑制"的Hormesis效应，由于靶酶分子结构的差异，其最大激活浓度有所区别，钙调蛋白可以缓解稀土离子对靶酶的抑制作用；发现高浓度的稀土离子与钙调蛋白作用后，可以降低钙调蛋白与靶肤／酶分子的亲合性，并抑制其调节靶酶活性功能的发挥；稀土离子与钙调蛋白作用后，增大其α-螺旋含量，减少价折叠结构，对小肤的二级结构影响较小；二乙三氨五乙酸及其衍生物二乙三胺五乙酸－双二甲酞胺和二乙三胺五乙酸一双（异烟麟）可以作为乳酸脱氢酶的竞争性抑制剂抑制其活性，抑制常数分别为3.37、7.41、8.52μmol几，钙调蛋白也可以缓解它们对脱氢酶的抑制作用；首次制备出一株由稀土离子诱导钙调蛋白构象变化后的单克隆抗体2C3，该抗体可以特异性地识别含稀土的钙调蛋白，与Ca－CaM、La-CaM、Eu-CaM以及Yb-CaM之间的解离常数分别为157、26.8、21.8和64.8 nmol／L，该抗体还能够区分钙调蛋白结合不同浓度稀土离子后的构象状态。

CA-100萃取稀土及二价金属的热力学和动力学研究

该文系统研究了一种新型有机羧酸类萃取剂仲壬基苯氧基乙酸(CA-100)对稀土及其杂质的萃取热力学和动力学规律,并通过协同萃取、双溶剂萃取、加入络合剂等手段对CA-100萃取体系进行改善,为该萃取剂在工业上的应用打下基础,具体的研究内容如下:1.研究了CA-100对于稀土及Zn,Cd,Cu,Co,Ni,Mn,Mg等金属元素的萃取热力学规律,计算了金属间分离系数,获得了萃取平衡方程式,考察了反萃性能及稀释剂和甲庚醇的加入对萃取的影响.研究发现该萃取剂可用于Sc同其它稀土的分离及某些金属对的分离,在很多方面优于环烷酸体系.2.探讨了CA-100与—盐基磷(膦)酸类萃取剂对锌和镉的协同萃取,研究了协同萃取机理,确定了协萃配合物的组成.3.研究了在络合试剂的存在下CA-100萃取重稀土的行为及Y同重稀土的分离情况.4.用恒流层界面池研究了CA-100萃取Y,Yb,La的萃取动力学,考察了各因素对萃取速率的影响,获得了萃取速率方程,探讨了动力学机理.5.探讨了各种因素对CA-100界面活性的影响.6.在上述热力学和动力学研究基础上,进行了CA-100从混合稀土溶液中富集和纯化Sc的工艺模拟实验.

茚基含氮、氧侧链分子内配位稀土有机化合的合成和性质

稀土有机碳σ-键配合物和氢化物不仅可以催化许多有机反应,而且还可以催化极性单体与非极性单体的聚合.作为稀土有机碳σ-键配合物与氢化物的前体,双配稀土氯化物(C<,9>H<,7>)<,2>LnCl一直是稀土有机化学中研究的热点.1.合成了一系列双配(四氢糠基茚基)稀土氯化物(C<,4>H<,7>OCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>LnCl(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Y,Ho,Er,Yb,Lu).除了Pr以外,所有化合物的晶体结构都被X-射线衍射表征.2.合成并用X-衍射表征了3-(2-吡啶甲基)茚基锂(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)Li(THF)<,2>的晶体结构.3.合成了双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土氯化物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>LnCl(Ln=Sm,Nd),并得到了配合物Nd的晶体结构.4.用二碘化钐(镱)与3-(2-吡啶甲基)茚基锂反应合成了二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土配合物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Ln(Ⅱ)(THF)(Ln=Sm,Yb).5.在用无水氯化稀土YbCl<,3>与3-(2-吡啶甲基)茚基锂反应合成双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土氯化物时,由于发生了还原反应,得到了二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]镱化物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Yb(Ⅱ)(THF).6.二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土配合物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Ln(Ⅱ)(THF)(Ln=Sm,Yb)对已内酯具有很好的催化聚合活性.聚合反应可控,并具有活性聚合的特征.

稀土与钼复合氧化物的合成、结构和电性质研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）被称为“二十一世纪的绿色能源”。氧化忆稳定氧化错（YSZ）是目前sOFC普遍采用的固体电解质材料。由于YSZ只有在高温时（大于1000℃）才具有较高的离子导电性，而SOFC在高温时会带来一系列技术性的问题，如机械强度的不稳定、材料的老化及各构成材料之间的相互扩散等。因此，迫切需要开发在中、低温范围内（600-800℃）具有较高离子电导率（大于10-2S．cm-l）的电解质材料。在众多的候选材料中，稀土作为基体和掺杂元素的固体电解质越来越引起人们的重视。特别是萤石型化合物CeOZ、钙钦矿型化合物LaGaO3，以及阴离子空位型化合物La2MO2O9等的研究，开阔了寻找固体电解质材料的视野。本论文主要研究稀土与钥复合氧化物的合成、结构及其电学性质，希望进一步提高现有材料的导电性能和寻找新型固体电解质材料。基于母体化合物La2Mo2O9在580℃左右有一个相变点，因为存在相变点的固体电解质在实用方面（如SOFC）有很大的局限性。我们从稀土掺杂的角度出发，对母体化合物进一步改性，稳定其高温结构相。为此，我们利用改性柠檬酸盐法合成了系列化合物La2-xRExMo2O9（RE＝Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Yb）。结果发现，只有Nd和Sm可以进入La2Mo2O9中La的格位；利用本方法合成样品的温度比用固相法低250℃左右；所合成的样品粒度分布非常均匀，并且随着Nd和Sm掺杂量的增加而变大；Nd和Sm的掺杂稳定了其高温相，电导率有所提高。从而使此类固体电解质在实用方面成为可能。合成了一种新型稀土与钥的复合氧化合物Ce6MoO15，电学性质测试发现，它是一性能优良的固体电解质材料。以此化合物为母体）进行低价金属离子的掺杂取代后发现，它们的导电性又进一步地提高，进而派生出多种固体电解质体系如Ce6-6 MoO15-δ、Ce6+x Mo1-x O15-6、Ce6Mo1-xBixO16-6以及Ce6-xAxMoO15-6。（A＝Li，Ca，Sr和Ba）等。本研究工作中主要合成了Ce6-xRExMoO16-6（RE=Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Yb；x=0.0-6.0）等系列化合物，并对其进行了结构表征及电学性质测试。结果发现所有样品均为类莹石结构；样品的导电性起源于氧离子空位；在相同的温度下，样品电导率相当于或高于经典的固体电解质（如YSZ），并且样品的抗老化性能有所提高。所有这些实验事实证明，它们在中温区是一种高效氧离子导体，从而为此类化合物在SOFC中的应用奠定了基础。通过合成AgScMo2O8，尝试了一种钥酸盐固溶体的合成方法，即钥酸盐水溶液合成法。这种方法不需要加入有机物（如柠檬酸等）作为络合剂，而是通过钼酸根与金属离子之间的酸碱对效应直接合成。我们对此化合物的结构、电学性质进行研究后发现：此化合物在较低的温度即已完全成相；室温下，Agsco208为单斜结构，不同于AgLnMo2O8（Ln＝Y-Lu）；随着温度的升高，AgscMo2o8在485℃、539℃附近各有一个不可逆，可逆相变点出现。在可逆相变点出现的同时，伴随着其电导率有一个很大的突跃。

金属离子与生物小分子配合物及其体液中物种分布研究

属离子与生物分子作用的研究是生物无机化学研究热点之一。研究稀土、钙和锌离子与生物小分子的作用及其在体液中的物种分布对于考察稀土在体内的运输、代谢、生物效应及其对生物金属离子钙、锌生物功能的影响具有十分重要的意义。亦可为阐明稀土对人体健康的影响提供科学依据。本论文从以下几个方面开展了新工作并取得重要的新研究结果。1．在模拟生理条件下用PH电位法对Yb，Zn两种金属离子与甘氨酸、丙氨酸、撷氨酸、半肤氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺六种小分子配体组成的二元体系进行了研究，通过SCOGsZ程序确定了体系中存在的物种并测定其稳定常数。通过对比得到配合物稳定性的一些重要规律。2．在模拟生理条件下研究了四种稀土离子（Pr（111）、Gd（111）、Tb（111）、Yb（111））和两种生物金属离子（Ca（II）、Zn（II））与以柠檬酸作为第一配体，七种小分子生物配体（甘氨酸、丙氨酸、撷氨酸、丁二酸、半胧氨酸、天冬酞胺、谷氨酞胺）为第二配体的三元体系。通过SCOGSZ程序确定了各体系中合理的物种类型并测得其稳定常数。运用COMICS程序，对各体系中金属离子随酸度变化的物种分布进行了深入的研究。上述工作发现三元配合物是一类重要的物种。也发现稀土与钙、锌三元配合物稳定性相近，这表明稀土可与钙、锌竞争生物配体。3．运用COMICS程序，以金属离子与生物小分子二元和三元体系的数据为基础，模拟计算得到Gd（III）与ca（II）／Zn（ll）共存的以柠檬酸作为第一配体，甘氨酸、丙氨酸、撷氨酸、丁二酸、半胧氨酸作为第二配体的四元体系中稀土离子对钙、锌离子物种的影响。发现稀土可明显影响钙的物种分布，而对锌的略有影响。4．合成了Gd（III）与丙氨酸、Sm（III）与异亮氨以及Yb（III）、Zn（II）与亮氨酸配合物单晶，并测定其晶体结构。上述配合物分别具有双核二聚体结构以及氢键组装 的Zn（II）四面体和Yb刀4立方烷结构。研究发现无多齿经基配位和稀土与配体卜2的摩尔比利于二聚体结构生成；高pH和多齿OH-配位利于生成立方烷结构5．在HF／LANL2DZ水平，研究了La（III）与半耽氨酸的配位作用。得到了它们的优化结构、体系能量、能隙及电荷分布，取得了与实验相一致的结果。6.运用数学模型法研究了人体液中Gd（III）、Ca（II）和Zn（II）的物种分布，并考察了外源性Gd（III）对Ca（II）和zn（II）物种分布的影响。发现不可溶的物种是Gd(III)的重要物种。也发现Gd（III）对Ca（Il）、Zn（II）物种分布有不同程度的影响，这可能引起了Ca（II）、Zn（II）的生物功能某种变化。

协同萃取方法分离稀土元素的热力学及动力学

本论文以有效的萃取和分离稀上元素为目的，研究和开发了几种新的有效的协同萃取体系，并详细研究了其对稀土元素的萃取和分离性能，在热力学研究的基础上进一步考察其动力学和界面性质，为其在实际中的应用奠定基础；同时探讨了加入氨梭络合剂的方法实现稀土元素的分离。研究了有机腾酸类萃取剂cyanex272与有机梭酸类萃取剂CA-100、CA-12构成的协同萃取体系，考察了混合体系在盐酸介质中对稀土元素的协同萃取规律，详细研究了它们对Y,Er,Sc单独及协同萃取的反应机理及反萃性能，稀土元素之间的分离系数表明：此体系对稀土元素具有较好的选择性。2．研究了有机磷酸类萃取剂EHEHPA与中性萃取剂Cyanex923协同萃取体系对稀土元素的协萃效应规律，并考察了其对La，Nd，Gd的协萃反应机理及反萃取性能，讨论了稀土的分离可能性。3．采用加入氨梭络合剂的方法改进单独的CA-100体系，对两种料液进行实验，确定最佳分离条件，研究表明：本方法适合于选择性分离和提纯含有少量重稀土杂质的Y溶液，具有很好的应用前景。4．研究了CA-100＋Cyonex272协同萃取Y,Yb的动力学性质，通过考察各种因素对萃取速率的影响，确定其对Y,Yb的萃取动力学为扩散控制过程，并得到了其对从Yb的萃取速率方程，讨论了Y,Yb动力学分离的可能性。5．研究了CA-100+Cyanex272-庚烷体系的界面性质，讨论了水相酸度、温度、稀释剂等各种因素的对界而性质影响，发现此体系具有良好的界面性质，能够定性地解释其协同萃取稀土的热力学和动力学特征。

HDP双溶剂体系萃取稀土的动力学与热力学研究

本文通过酸性磷（膦）类萃取剂二（2，4，4一三甲基戊基）磷酸（Cyanex272）与2一乙基己基嶙酸一单一2一乙基己基醋（P507）协同萃取的手段对萃取体系进行改善，系统研究了Cyanex272与P507体系的热力学和传质动力学规律及其界面的性质，为该萃取体系在工业上的应用提供丰富的基础数据，具体的研究内容如下：1．研究了Cyanex272与PSO7组成的双溶剂体系（HDP）及其单独体系萃取Yb（III）的热力学性质，得出了协同萃取机理，获得了萃取平衡方程式以及协萃物的组成，对金属离子在萃取过程中离解和配位的热量变化规律作出了解释。研究发现HDP协萃体系对Y（III）和Yb（III）的分离效果要高于其单独萃取体系，且HDP负载稀土的反萃性能以及萃取重稀土的选择性都优于P507。2．用层流恒界面池法研究了Cyanex272萃取Y（III），Yb（III）以及从Cyanex272-Y负载中反萃取Y（III）的传质动力学，考察了各种因素对反应速率的影响，获得了萃取速率方程，推测了动力学机理，并找出了正萃与反萃取的内在联系。3．研究了HDP萃取Y（III），Yb（III）以及从HDP-Y负载中反萃取Y（III）的传质动力学，获得了萃取速率方程，推测了动力学机理，发现PSO7的加入降低了萃取和反萃取的活化能，与Cyanex272相比萃取速率得到了提高，与PSO7相比反萃取速率也得到了增强。热力学的结果和动力学的结果相互得到了印证。4．考察了不同稀释剂、水相酸度、水相离子强度以及温度对Cyanex272以及HDP体系界面活性的影响，并得出在相同的条件下HDP的界面活性要高于Cyanex272的界面活性。在研究界面吸附与萃取动力学之间的关系中发现，cyanex272和HDP的界面性质能定性的反映其萃取动力学机理。

新型稀土配合物的合成及其光致发光与电致发光性能的研究

稀土配合物作为电致发光材料，具有色纯度高、发光效率高等优点，其作为有机电致发光材料（OLED）具有广阔的应用前景。目前，有关其电致发光（OLED）的研究取得了很大的进展，但将其作为OLED材料达到实用化，还需要很大一段距离。因此，有必要进一步地开发新型、高效、接近实用的稀土配合物并将其应用于OLED的制备中，开发出实用的OLED显示屏。本论文的工作中，将共扼适度的蔡环和多氟取代的烷基链引入到β-二酮配体中，合成了含三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基和十五氟庚基的β-二酮配体（TFNB、PFNP、HFNH和PFND），并合成了DPPZ，以及其它配体biPy、phen，用这些配体合成了多种稀土配合物。运用多种手段研究了配合物的晶体结构、热稳定性、光致发光（PL）和电致发光（EL）性质，初步探讨了PL和EL发光机理。合成了四种稀土Eu配合物，它们的PL均表现为Eu3＋的特征发光，其荧光效率的大小顺序为：七氟＞五氟＞十五氟＞三氟。以这四种配合物为发光中心组装了掺杂类型的器件。器件性能表明：五氟配合物和七氟配合物具有最佳结构的器件在其所有驱动电压和电流密度下都可以得到纯的EL光谱（Eu3＋的特征发光）。七氟和五氟配合物的最大亮度都超过了1000cd/m2，效率分别达到了4.14 cd／A和5.41cd/A，流明效率分别为2.28和3.11m/W，这样的高效率，达到和超过了国际上报道的同类型器件的EL性能。我们综合比较了几种配合物的性能，得出了一定的结论，并总结出一些规律来指导材料的合成。合成了Sm的三氟、七氟配合物，利用吸收光谱、荧光光谱初步研究了它们的PL性能，并研究了七氟Sm配合物的EL性能。合成了三氟Pr和七氟Pr、Nd、Er和Yb的配合物，研究了它们的近红外发光性能。通过各种光谱的研究，表明在这些配合物的发光过程中，与可见发光的Eu、Sm配合物一样，“天线效应”起到了很大的作用，因此这些配合物均有较强的近红外发光（800-1700nm）。将咔哇基团引入狡酸中一得到Eu、Tb的配合物，它们具有很强的PL性能。

稀土冠醚络合物的合成及其性质的研究

近年来对稀土冠醚络合物的研究日益受到重视文献曾报导了12－冠－4，15－冠－5，18－冠－6等冠醚与稀土的固体络合物的合成性质及结构的研究，但大部分工作侧重于研究冠醚空腔与稀土离子直径的匹配程度对络合物稳定性的影响，而对于冠醚具有的取代基、空间构型及其配位阴离子等对络合物稳定性、组成结构的影响尚注意得很不够，对溶液中络合物的研究工作较少；特别是冠醚对稀土元素萃取性质的研究未见系统报导。本论文以瑞士进口的二环已基18－冠－6（DCC）混合物为原料进行异构体的分离。得到纯异构体A、B、D的~(13)C谱，不同位置的五种碳原子的谱线清析可辨，其化学位移值与计算值比较，确定了谱线的归属，利用单一异构体测定结果，对异构体A、B、D混合物进行鉴定得到满意结果。利用分离得到的纯异构体A、B及北京五所提供的异构体D合成了与轻稀土硝酸盐络合物。元素分析结果指出，除1：1络合物外，首次得到非1：1组成的络合物。La（NO_3）_3·DDC（DCC＝Ia，Id），[Ln（NO_3）_3]_3(DCC)_2 （Ln＝Ce，Pr，Nd，DCC＝Ia，Id）而异构体B得到全部3：2的络合物。选择硝酸镧与三种异构体的络合物进行了热分析，结果指出3：2与1：1络物物表现出完全不同的热分解行为。3：2络物合只有一步分解，且比1：1络物合具有更高的热分解温度1：1络合物分两步分解，首先发生向3：2络合物的转变。络合物的红外光谱研究表明，络合物中冠醚与自由冠醚的红外光谱图呈现明显区别，冠醚环上COC反对称伸展振动在生成络合物后向低频产生50～70 cm~(-1)的位移，其中3：2比1：1络合物位移量略大，络合物中硝酸根的振动吸收全部呈现配位硝酸根的特征谱带，并且3：2与1：1络合物之间呈现明显差别。另外在远红外区观察到Ln-O（NO_3~-）的振动谱带。用NMR研究冠醚与稀土在非水溶剂中的络合反应。首先测定了12－冠－4，15－冠－5与位移试剂Pr（fod）_3，Eu（fod）_3，Yb（fod）_3体系中冠醚次甲基上'H及~(13)C的化学位移值Δδ，得到了谱线随稀土与冠醚浓度比改变的变化规律。位移方向，对于Pr向高场移动，对于Eu、Yb向低场移动，位移量及谱线宽度的大小为Yb＞Pr＞Eu。且Δδ~(13)C＞Δδ~1H符合几何因素的规律，即正比于（3COS~2θ-1）/~r~3。利用二种方法计算了不同温度下络合物的稳定常数。对于不同冠醚，K值次序为冠－5＞冠－4＞冠－6，对于不同位移试剂为Pr＞Eu＞Yb。利用不同温度的K_1值，计算并讨论了平衡反应的热力学函数ΔG°，ΔH°，ΔS°。实验考察了微量水存在下络合物的结构和作用机理，在高氯酸盐与冠醚体系的研究中，观察到与位移试剂体系完全相反的规律。还发现在高氯酸稀土与冠醚的体系中快和慢两种交换过程共存，通过对单一交换体系的络合物稳定常数计算方法的改进，提出了适合混合交换体系的计算方法，并计算了18C6与Pr(clo_4)_3络合物在20℃时的稳定常数，K_1＝164升／摩乐。系统地研究了12－冠－4，15－冠－5，18－冠－6的衍生物及其二苯并24－冠－8等11种冠醚对单一稀土苦味酸盐的萃取，制备了15个稀土的苦味酸盐，考察了冠醚的空腔大小及取代基和空间构型对冠醚萃取稀土能力的影响，得到了B15C5，B18Cb，DCC萃取15个稀土元素的规律性，测定了相邻稀土元素间的分离因数，讨论了各种因素对DCC异构体萃取分离Pr Nd的影响，指出异构体A具有更大选择性。最大分离因数β_(Nd)~(Pr)=3.5，上述结果将为今后发展冠醚在稀土分离液膜萃取等方面的应用提供基础数据。

镧系稀土硝酸盐二甲亚砜络合物的振动光谱研究

DMSO是一个很好的配位体，有氧原子和硫原子两个配位原子，通过这两个配位原子，DMSO可以和许多过渡金属和稀土金属的离子发生络合，形成稳定的金属络合物。稀土金属离子的络合物，角过氯酸盐、卤化物，高铼酸盐六氟磷化物等，曾有人进行了研究，它们的光谱研究表明，二甲亚砜是通过氧原子同稀土络合，O、N、S三原子的络合能力是O＞N＞S。在稀土硝酸盐的二甲亚砜的络合物中，由于即存在DMSO的配位，也存在硝基的配位，所在情况比较复杂。它们的振动光谱研究了可以在1967年Ramalingan和1977年Kawcuno的工作中得知一些，前者研究了La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Ho、Yb、Y九个元素的络合物，后者研究了La、Nd、Er、Yb、Lu五个元素的络合物，所有络合物的光谱数据都很不完全，他们都认为DMSO与NO_3都与稀土离子络合，并肯定是通过氧原子络合，但是对于NO_3的络合方式没有一致的结论。Ramalingan等认为络合物分子中，硝根既有双基配位，又有单基配位，和X光衍射实验的结果不相符，Kawano通过研究全氘化二甲亚砜（DMSO－d_6)的稀土硝酸盐络合物，认为三个NO_3都是通过两个氧原子同稀土相配位，是双基配位基。硝基的配位方式是一个长期争论的振动光谱问题，不少学者曾对硝基的各种振动模式的谱带位置和吸收强度进行探讨，很难得出一致的结论。在络合物中氧与稀土离子的络合键Ln-O的振动频率位置问题，亦存在争论，Kawanv认为这个配位键的振动频率在180 cm~(-1)附近，但是日本的岩濑秋雄等人，在研究稀土高氯酸盐的二甲亚砜络合物时，则认为400 cm~(-1)附近的谱带为Ln-O的振动频率在研究稀土的无水硝酸盐的红外光谱的工作中。A.Walker等人也把180 cm~(-1)谱带归属为Ln-O络合键。J.R.Ferraro等人在研究Ln（NO_3）_3·3DBP络合物时，也认为Ln-O配位键在180 cm~(-1）附近，但是我们考察了他们的数据与稀土动量L的关系，未发现四分组现和“斜W”效应。我们研究了除P_m 以外的十四个稀土元素并Y的硝酸盐DMSO络合物的付氏变换红外光和激光拉曼光谱，4000 cm~(-1)－80 cm~(-1)的红外光谱图和4000 cm~(-1)－50 cm~(-1)的拉曼光谱图提供了较完整的数据，除了肯定了NO_3和DMSO都以氧原子与稀土络合外，还肯定了NO_3的配位方式和利用红外数据区别不同类型的配位的方法找出了金属离子配位数不同的光谱特征，做了Ln-O络合键的振动频率的归属及其与稀土物化性质间的规律关系。根据DMSO的简正坐标计算结果，可以归属出DMSO及其络合物的许多谱带，其中S＝0伸缩振动频率在990－1018 cm~(-1)之间，随原子序数增加无明显规律性变化，在Gd络合物以后，分裂为三条谱带。C－S的伸缩振动移问低波数，变化随原子序数增加而增加，但无明显的线性变化，C－S－O变形振动频率向高频方向移动约16 cm~(-1)，与原子序数无关，C－S－C变形振动移向高波数5 cm~(-1)，与原子序数无关。此外，在～3000 cm~(-1)是Vc-H，～1400 cm~(-1)是CH_3变形振动频率谱带，～950 cm~(-1)是CH_3摇摆，络合后上述谱带变化不大，可见络合对CH_3基团的振动无大的影响。通过考察S＝0振动频率变化，可以看出十配位络合物和九配位络合物之间的光谱区别在于十配位络合物S＝0伸缩振动仍为一条谱带，而九配位络合物的S＝0振动频率则分裂为两条谱带。已知十配位的Ln－O多面体为双帽正多棱柱，九配位络合物则为三帽三角柱，考虑到氧原子的不同，前者为C_(2v)对称性，后者为C_3对称性，不同配位数的络合物所显示谱带分裂不能用对称性来说明，因为这两种群均没有简并的群表示，利用X光衍射数据计算了La和Yb的络合物中DMSO间氧原子的距离，可以看出，十配位络合物中DMSO的配位氧原子间距离大，而九配位络合物中氧原子间距离小，两者之间相差近两倍。所以S＝0振动频率分裂可能是相同基团因距离近而产生了振动耦合。利用此结果可以区分不同配位数的络合物，这种现象，在以往的DMSO络合物的研究中没有发现。硝基离子属于D_(3h)群，有四个振动模式，其中三个是红外活性，分别为V_2（A＂）＝823－817 cm~(-1)，V_3（E'）＝1368－1355 cm~(-1)，V_4（E'）＝702－718 cm~(-1)，V_1、V_3、V_4是拉曼活性的，络合以后，NO_3对称性变为C_(2v)群，有六条红外谱线，同时也是拉曼活性，其中N－O伸缩振动在1460 cm~(-1) （A，S），No_2反对称伸缩振动在1340－1329cm~(-1)（B，S），NO_2，对称伸缩振动在1037.7 cm~(-1)附近，NO_3的对称面内弯曲振动在817 cm~(-1)（A，S），反对称面内弯曲振动在767.7 cm~(-1)，NO_3的面外变形振动在710 cm~(-1)（B_2 W），由此可知硝基在络合物中确实参加了配位。存在络合物中的三个硝基的配位类型在红外上如何区别我们进行了初步探讨。单基配位基和双基配位基同属C_(2v)对称性所以在基频上很难区别，Lever等人在研究过渡金属络合物中发现，No_3的组频1750 cm~(-1) （V_1＋V_4）在络合以后发生了分裂，双基配位基分裂在22－66cm~(-1)范围，而单基配位基则在5－26cm~(-1)范围，可以以此来区别NO_3的配位类型，这种方法适用于很多络合物，我们把这种方法应用于稀土络合物中发现，这个组频分裂现象在络合物中普遍存在，分裂在25－44.4cm~(-1)范围，所以络合物的硝基是双基配位体，在此波数区间内只有分裂很好的两个峰，所以可以断定无单基配位的硝基存在，这与X光衍射实验结果相一致，分裂距离随原子序数增加而增加，但无“斜W”效应。Ce和Lu的络合物分裂较小。由此可知这种方法适用于稀土二甲亚砜络合物。对有可能归属为Ln-O配位键的180 cm~(-1)和400 cm~(-1)附近的两条谱带进行考查，～400 cm~(-1)附近的谱带随原子序数增加总趋势增加，在Gd络合物开始分裂为两条，这条谱带与稀土离子总角动量L之间存在“斜W”效应，Shyama P. Sinha在研究稀土元素的性质时发现，稀土很多性质都具有“斜W”效应。其中包括配位键振动频率。利用V＝1／（2πC）（F／（－1~n））~(1/2)，用乙酰丙酮络合物的F_(Ln-O)近似计算V_(Ln-O)可以算得V_(Ln-O)在400.8－418.49cm~(-1)范围，所以可以认为～400 cm~(-1)附近的谱带可以归属为Ln-O键伸缩振动。～200 cm~(-1)的谱带在S_m络合物以后分开，此谱带亦随原子序数增加而增加，但无“斜W”效应，Kawano把它们归属为Ln-O，J.R.Ferraro在研究Ln（NO_3）_3（TBP）_3时，也认为Ln-O键伸缩振动在此位置，但也无“斜W”效应，这条谱带能否归属于Ln-O键，有待寻找更进一步的证据。通过稀土二甲亚砜络合物的研究，我们可以得知，NO_3的组频在1750 cm~(-1)谱带在络合以后发生了分裂，分裂范围在25－44.4 cm~(-1)，从而证明了NO_3为双基配位基。DMSO的S＝0伸缩振动频率和Ln-O键伸缩振动在Gd络合物后出现分裂，因而可以利用此结果可以区分两种不同配位数的络合物，通过考虑振动频率同稀土物化性质L间的关系及近似计算，初步可以确定Ln-O键振动频率在～400 cm~(-1)附近。有“斜W”效应存在。

稀土高子选择电极的研制

（一）本文首次提出一类新型离子选择电极－水膜电极。推导了水膜电极遵循的能斯特方程式。具体研制了氯化钕水膜电极，用于测定环已酮中Nd(PMBP)_3螯合物。结果与理论相符合。研究了参比电极电位在非水介质中保持稳定的条件。发现了两不相溶溶液界面上的电位响应可以是双向的，而且响应曲线斜率的绝对值基本相同。水膜离子选择电极可以做到完全不受有机溶剂的腐蚀。这是水膜电极的一个优点。水膜离子选择电极的研制成功，为非水介质中的研究和分析开创了一条新路。（二）随着稀土化学的进展，对稀土离子选择电极的需要日益增加。本文研制了如下两种稀土离子选择电极。1.以镱－P507螯合物为电活性物质的PVC膜镱离子选择电极。其电极电位与镱（III）离子浓度的负对数有线性关系。线性范围1*10~(-4)～1.9*10~(-5)M。室温下，响应曲线的斜率为75.4 mv/PC_((Yb)~(3+))。检测下限为1.4*10~(-5)M。2.以钕－PMBP螯合物为电活性物质的PVC膜钕（III）离子选择电极。室温下，其电极电位与钕（III）离子活度的负对数呈能斯特关系。线性范围为4.8*10~(-2)～1.0*10~(-5)M。

稀土氟化物固体电解质的制备、结构及电学、传感性能的研究

我们利用湿法制备了单一稀土氟化物LnF_3(Ln = La 、Ce、Nd、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、Y), 并采用高温固相反应制备了稀土掺杂氟化物Ln_(1-x)MxF_(3-δ)(Ln = La、Ce、Gd、Yb、Y M = Ca、Sr、Ba)。用X射张衍射方法研究了它们的晶体结构。对单一稀土氟化物，LaF_3、CeF_3、NdF_3为六方晶系，GdF_3、TbF_3、DyF_3、DrF_3、YbF_3、YF_3为正交晶系。对掺杂氟化物，La_(0.95)Ba_(0.05)F_(3-δ)、Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)、Yb_(0.70)Sr_(0.30)F_(3-δ)为固溶体，Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)的晶胞参数比CeF_3的略为变小；Gd_(0.85)Ca_(0.15)F_(3-δ)、Y_(0.71)Ca_(0.29)F_(3-δ)为新化合物，Gd_(0.85)Ca_(0.15)F_(3-δ)的晶体结构由GdF_3的正交晶系变为六方晶系，其晶胞参数为：a=3.973A, C=7.124A, γ=120°, Y_(0.71)Ca_(0.29)F_(3-δ)化合物的晶体结构与YF_3相同为正交晶系，晶胞参数却较小：a=3.683A、b=6.978A, c=3.396A。 我们对氟化物的烧结陶瓷片进行了直流电导率测量。对单一稀土氟化物，结果表明六方结构的化合物的电导率高于正交结构的，对于相同结构的氟化物，一般地，稀土离子半径越大，电导率越高；对于掺杂氟化物，由于二价碱土金属离子掺杂可以提高氟离子空位浓度，因此掺杂物的电异率均高于对应的单一稀土氟化物，其中Gd_(0.85)Ca_(0.15)F_(3-δ)掺杂后变成更利于离子导电的六方结构。采用压片工艺，以La_(0.95)Ba_(0.05)F_(3-δ)、Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)、Gd_(0.85)Ca_(0.15)F_(3-δ)和Y_(0.71)Ca_(0.29)F_(3-δ)为固体电解质材料制备电位输出式氧传感器件，并利用调节N_2、O_2流量比控制氧分压的方法，对器件的敏感性能进行测试。结果表明该类器件可在150 ℃的低温下对氧气敏感，器件的输出电位差与氧分压的对数值有较好的线性关系。器件的响应时间在2分与9分之间。该类器件的敏感机理是：氧气先吸附敏感电极上，发生还原反应后生成的氧负离子在敏感电极与固体电解质界面上发生晶格置换反应，使得氧分压的改变通过快离子即氟离子在两个界面上（另一界面为参比电极与固体电解质界面）的电化学势差的变化与输出电位差值的改变联系起来，从而实现利用输出电位差测定氧分压的目的。根据使用的敏感电极材料，可以有单电子反应和双电子反应两种敏感机理。器件是由参比电极、固体电解质、敏感电极三个部分构成。我们采用固定其中二个部分的材料，改变第三个部分的用料的方法，对器件的敏感性进行了对比研究：A、我们首先固定固体电解质为Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)、敏感电极材料为Pt黑，采用不同的参比电极材料Bi+BiF_3、Sb+SbF_3、Mg+MgF_2、Zn+ZnF_2制备了器件。性能测试结果表明使用Bi+BiF_3参比电极材料的器件稳定性和敏感性都比其它器件好。器件的输出电位差取决于参比电极氟化物的标准生成自由能的大小。B、固定Bi+BiF_3为参比电极材料，Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)为固体电解质，使用不同的敏感电极材料Pt黑、Pd粉、Ag粉和RuO_2制备器件。性能测试结果表明：Pt材料器件的精确度较高，Pd材料器件的响应最快（2分），RuO_2材料器件的敏感性较好。使用Ag、RuO_2敏感电极材料的器件采用的是单电子反应敏感机理：O_2 + e <-> O_2~-, O_2~- + V_F + F_(F-bar)~- <-> O_(F-bar) + O_F + F_(F-bar)。而使用Pt、Pd敏感电极材料的器件采用双电子反应敏感机理：O_2 + 2e <-> 2O~-, 2O~- + F_(F-bar) <->O_(F-bar) + F~-。C、我们固定Bi+BiF_3为参比电极材料，Pt和RuO_2为敏感电极材料，使用La_(0.95)Ba_(0.05)F_(3-δ)、Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)、Gd_(0.85)(Ca_(0.015)F_(3-δ)、Yb_(0.70)Ca_(0.29)F_(3-δ)制备了两个系列的器件。结果表明，无论是使用Pt还是使用RuO_2为敏感电极材料，都有下列的结论：用Ce_(0.95)Ca_(0.05)F_(3-δ)的器件的精确度较高，La_(0.95)Ba_(0.05)F_(3-δ)材料器件的敏感性最好，而Gd_(0.85)(Ca_(0.015)F_(3-δ的响应最快（Pt器件2分，RuO_2器件5分）。并未发现同时具备各种较好性能的器件，与敏感电极材料对器件性能的影响相比，固体电解质材料的影响要小。对于材料完全相同的器件，我们还对工艺条件影响作了初步研究。制备器件的工艺条件由于各种难以控制的因素不会每次、每批完全相同，工艺条件的差别也会影响器件的各方面性能。研究结果表明，工艺差别对器件的输出电位差值和响应时间的影响较大，对敏感性能的影响则较小。