基本介紹
- 中文名：雙功能位點金屬-有機骨架化合物的構築及其功能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：施展
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬-有機骨架化合物(MOFs)具有拓撲結構豐富、比表面積高、孔道規則、以及結構易裁剪和修飾等自身特點，在眾多領域有著廣泛的套用前景，如何提升和拓展其功能是研究的重要科學問題。本項目計畫通過直接合成 和後合成修飾法在MOFs中引入雙功能位點，對其進行精心剪裁設計，提升MOFs功能。主要在兩個功能體系開展研究：(1)合成含高路易斯鹼位的配體作為有機組分連線具有開放金屬中心的無機組分構築功能化的MOFs，提高MOFs對CO2的吸附能力，實現選擇性吸附和分離，並開展高效催化轉化利用；(2)通過後合成法合成具有酸催化中心和鹼催化中心的雙反應容器MOFs，協同催化有機反應。研究合成的MOFs材料雙功能位點與晶體結構之間的相關信息，研究雙功能位點的協同機制，深入理解結構－性能相互關係，從而為進一步設計新型孔材料提供新的策略和理論依據。
結題摘要
本項目研究工作一直致力於金屬-有機骨架化合物（MOFs）材料結構及功能化研究。提出了基於高路易斯鹼位、高活性金屬中心、離子液體（IL）後修飾、視窗尺寸限制選擇性修飾等設計方案，開展了雙功能位點MOFs材料合成及性能研究，並對實驗進行了最佳化。研究了功能化MOFs材料在氣體選擇性吸附、CO2催化轉化、協同催化、連鎖催化、螢光分子檢測等方面套用，並初步探索了MOFs材料自組裝合成規律。選擇富含氮原子星形六羧酸有機配體，水熱條件下製備出具有高路易斯鹼位和高金屬活性中心三維孔狀MOFs材料，該材料對 C2s 碳氫化合物與 CO2 具有優異吸附能力，同時具有最高 C2H6 吸附焓（33.0 kJ•mol-1）該材料對CH4具有較強分離能力，通過對氣體分離能力進行計算，該材料具有較高C2H2/CH4 Henry選擇性（298K, 分離比為 80.9），在天然氣純化方面具有潛在套用價值。通過離子液體後修飾策略和視窗尺度限制的選擇性修飾策略，將化合物自身路易斯酸性位點和後修飾離子液體、鹼性基團、酸性催化基團作為雙（多）功能位點，實現了在溫和且不需協同催化劑存在條件下，高效催化CO2與環氧丙烷反應生成碳酸丙烯酯，以及連鎖催化、中間體捕獲等方面套用，並研究了催化位點與功能化MOFs結構之間催化機理。利用有機聚合反應合成了多孔有機聚合物材料，研究了該材料在分子螢光探針上套用，並利用實驗和理論計算相結合的方式討論了螢光強度發生變化的機理。通過調控配體及其反應條件，探索了MOFs材料自組裝合成規律，為後期定向合成提供實驗基礎。 項目負責人作為通訊聯繫人，已發表標註研究論文21篇，影響因子3以上論文18篇，其中包括ACS Appl. Mater. Inter., Chem. Mater., Chem. Commun.等，申請並授權發明專利1項。
