多孔配位聚合物的吸附機理研究

《多孔配位聚合物的吸附機理研究》是依託中山大學，由張傑鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多孔配位聚合物的吸附機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張傑鵬
• 依託單位：中山大學

中文摘要

多孔配位聚合物是化學和材料科學研究的熱點，其豐富多樣、易於調控、高度有序的周期性結構有利於闡明其吸附機理並設計合成性能更好的新材料。但是，目前相關研究還主要集中在新化合物的合成與基本性能表征，對吸附過程的機理研究還比較初步並遇到了很多困難。有鑒於此，本項目將通過原位X射線單晶/粉末衍射結構分析和原位紅外/拉曼/螢光光譜分析以獲得配位聚合物吸附過程的吸附位點、吸附順序、吸附強度、主體框架和客體分子各自的結構變化與能量變化信息，同時以量子力學、分子力學和分子動力學對相關過程進行計算機模擬並進一步獲得框架能量、晶體外表面吸附和客體擴散與運動等信息，深入闡明相關材料的吸附機理和構效關係。在此基礎上，還將根據這些實驗測試和理論分析所得到的結果，設計合成一些具有獨特結構和吸附儲存、分離和感測性能的新型配位聚合物多孔材料，探討其器件化和實用化。

結題摘要

多孔配位聚合物具有豐富的框架和孔結構，可以對客體分子產生多樣化的吸附，從而用於儲存、分離、感測等。利用多孔配位聚合物的晶態結構，理論上比較容易研究其吸附機理，但目前相關報導並不多。為此，本項目利用原位晶體學與光譜，以及計算機模擬對多孔配位聚合物的吸附機理進行了深入的研究，並據此設計合成了系列新型多孔配位聚合物，實現了系列高性能的吸附儲存、分離、感測功能。例如，將孔表面活性位點排列在合適的位置，實現了甲烷的高密度儲存；利用對孔表面和晶體表面形狀的調控，實現了對氟利昂的強吸附、晶體內外表面的超疏水性、二氧化碳和乙炔的高選擇性分離等性質；在孔表面引入單齒配位羥基、肼等新型活性位點，實現了常壓、煙道氣、空氣等條件下的系列二氧化碳捕獲記錄；提出了超微孔親水孔道捕獲疏水烷烴分子的策略，實現了乙烯/乙烷的吸附選擇性反轉，可高效純化乙烯；再提出控制客體構型反轉氣體吸附選擇性的策略，可在C4烴類混合物中高效純化丁二烯。本項目成果在Science, Nat. Commun., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Adv. Mater., Inorg. Chem., Sci. China Chem., Energy Environ. Sci.,等專業學術期刊發表了39篇標註論文。