新型稳定性金属-有机框架多孔材料的构筑、稳定性评价及其性能研究

In recent years, porous metal-organic framework material has become hot spot and frontier fields of chemistry and material research, due to its convertibility on the pore structure, feasibility on functionalizing, and characteristic on dynamic responding. As an emerging class of porous materials, it is expected to play an important role in solving more and more pressing energy and environmental problems. However, the poor stability of the metal organic framework itself, especially the lack of adequate tolerance to water/water vapor, seriously hinders the practical application of this kind of porous materials. On the basis of the previous research results, we put forward the strategy of constructing high stability "polymer metal organic framework (polyMOFs)". This project is focusing on this scientific issue, directed by obtaining high stable MOFs porous materials, proceeding from reasonably designing and constructing on porous polyMOFs, in order to reveal the detailed discipline of the assembling process, establish and improve the characterization method and the stability evaluation system, explore the adsorption and separation performance of such porous materials, and uncover the nature of the adsorption and separation performance of such materials and their relationship with the stable structure. Based on these results, some possible industrial applications will be explored. This project would provide theoretical and experimental support for the practical application of MOFs porous materials.

近年来，金属-有机框架(MOFs)多孔材料因其结构可裁剪性、易功能化、高比表面性以及动态响应特性而备受关注，其有望在解决越来越紧迫的能源、环境问题中发挥重要作用。但金属-有机框架自身差的稳定性，尤其是其对水分/水汽缺乏足够的耐受性，严重阻碍了该类多孔材料的实际应用。如何提高MOFs多孔材料的稳定性，尤其是其耐水性，成为该类材料推向实际应用的瓶颈问题。针对这一关键科学问题，我们提出了构筑高稳定性‘聚合物型金属-有机框架(polyMOFs)’的策略。本项目以获取高稳定MOFs多孔材料为导向，从聚合物型金属-有机框架的合理设计与构筑出发，研究此类多孔材料的构筑规律，建立和完善polyMOFs的表征方法和稳定性评价体系，探索此类多孔材料的吸附分离等性能，并揭示此类材料特有性能的本质及其与稳定结构的关联。在此基础上，探索此类材料实际应用的有效途径。为推动MOFs多孔材料的实际应用提供理论及试验支持。

金属-有机框架(MOFs)多孔材料因其结构可裁剪性、易功能化、高比表面性以及动态响应特性而备受关注，其有望在解决越来越紧迫的能源、环境问题中发挥重要作用。但金属-有机框架自身差的稳定性，尤其是其对水分/水汽缺乏足够的耐受性，严重阻碍了该类多孔材料的实际应用。如何提高MOFs多孔材料的稳定性，尤其是其耐水性，成为该类材料推向实际应用的瓶颈问题。针对这一关键科学问题，我们进行了系统探索研究。本项目获得了系列高稳定的MOFs多孔材料，研究了此类多孔材料稳定性的影响因素及构筑规律，建立和完善了MOFs材料的原位表征方法和稳定性评价体系，探索了此类多孔材料的吸附分离、催化、传感等性能，并揭示了部分材料特有性能的本质及其与稳定结构的关联。在此基础上，探索了此类材料实际应用的有效途径。为推动MOFs多孔材料的实际应用提供了理论及试验数据支持。本项目取得了一系列研究成果，已发表SCI收录论文22篇（其中J. Am. Chem. Soc. 1篇，Adv. Mater. 1篇，Appl. Catal. B: Environ. 1篇，Small 1篇，Coordin. Chem. Rev. 1篇，ACS Appl. Mater. Interfaces 3篇），被科睿唯安评为热点文章（Hot Paper）2篇，高被引论文（ESI）3篇，有3篇论文被选为封面文章。申请中国发明专利4项，其中已获授权3项。研究成果多次被Chemistry Views、Materials Views China、X-MOL等平台做亮点介绍。截至2020年12月31日，研究成果已被他人正面引用569次，单篇最高被引107次。培养出站博后1人，博士毕业生5人，硕士毕业生5人，在读研究生9人。研究成果受到国内外同行的关注和好评，产生了良好影响，圆满完成了预期目标。