《新型骨架結構材料構效關係研究及設計》是依託北京化工大學，由仲崇立擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：新型骨架結構材料構效關係研究及設計
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：仲崇立
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分子模擬手段特別適合納微等小尺度問題的研究。本項目以分子模擬為關鍵技術，結合量化計算和實驗測定，系統地進行MOFs和COFs兩種新型骨架結構材料的構效關係研究及設計。改進分子力場和膜的算法，使模擬計算結果更可靠，通過系統的研究，揭示MOFs和COFs膜分離性能與其結構間內在關係的規律；發展一種將量化計算與分子模擬相結合的方法，用於MOFs和COFs的結構-催化性能關係研究，建立其定性、定量的關係；通過對有機配體改性、有機配體與金屬離子匹配等方法，設計以膜分離和催化性能為目標的改性MOFs，並建立理論MOFs的結構與性能資料庫；採用實驗手段進行MOFs中氣體吸附、膜分離和催化性能的測定，用於驗證理論研究結果，並提供基礎數據。本項目研究的膜分離性能和催化性能，系MOFs可能最先實現套用且具有優勢的兩個領域，對促進MOFs的基礎研究及在化工中的套用具有重要的意義。
結題摘要
MOFs和COFs為兩類重要的新型納米多孔材料。圍繞項目的研究內容與目標開展了研究，取得的主要成果包括：（1）驗證了MOFs/COFs的通用分子力場的可靠性，並建立了可描述其動力學特性的柔性力場，提高了吸附與擴散性能，特別是膜分離性能的計算精度；（2）系統地開展了MOF/COF膜的構效關係與設計研究，包括：提出了“吸附度”新概念，實現了MOF/COF分離性能的定量構效關係的建立，已得到國內外同行的認可，獲得了使用，並被擴展到多孔高分子體系中；建立了MOF/COF的材料基因組學方法，研發了從材料基因劃分、基因庫，到材料組裝、材料庫，及高通量篩選的材料基因組學方法，編制了具有自主智慧財產權的材料結構構築軟體MGPNM和材料性能高通量計算軟體HT-CADSS，並獲得了國家著作權局的原始取得計算機軟體成果登記，為由“經驗指導實驗”，向“理論預測、實驗驗證”的基於材料基因組學的材料新研發模式的轉變，奠定了堅實的基礎；建立了MOF/COF膜分離性能的構效關係，提出了高性能超薄膜的設計策略，並設計與合成了系列高性能的新膜材料，在化工領域的實際分離體系中的套用表明，所設計與合成的材料具有良好的套用前景，為化工實際套用，提供了新材料儲備；（3）系統地進行了MOF/COF催化性能的構效關係研究及設計：探索了MOF中節點金屬活性位與其結構間的關係，為MOF 的節點金屬活性位催化性能的調控，提供了理論依據；進行了MOF 中酸性位表征，部分典型反應的機理及典型催化反應性能評價的研究，製備了系列磁性MOF催化材料，提高了MOF催化劑的回收效率，並獲得了良好的性能；（4）利用材料基因組學的方法，建立了包含80餘萬種新材料的理論MOF/COF資料庫，為高性能新材料的合成，提供了堅實的基礎，可極大地促進MOF/COF的研發。本項目共發表SCI收錄論文126篇，包括Nat. Comm., Chem. Rev., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., AIChE J., CES等化工、化學重要期刊，出版專著1部；申請PCT專利2件（其中授權1件），申請國家發明專利18件（其中授權7件），獲國家著作權局計算機軟體著作權2件。
