插层材料的分子组装及其产品工程基础

本项目旨在插层结构功能材料已经大范围进入国民经济多领域的基础上，立足于产品工程研究方向，围绕插层结构设计和插层组装过程控制开展基础研究，通过解决此类材料研究中的关键科学问题，构筑完整的理论体系，建立此领域的科学平台。研究工作中以产品性能为导向开展插层结构设计，以产品生产为导向进行插层组装过程控制。通过提出构筑插层结构的理论判据，揭示根据应用性能设计插层结构的科学规律，完善插层理论体系。针对插层材料工程化的原料路线及成核与晶化等关键单元，以实现原子经济反应为基础，突破系列插层组装关键技术，发展插层组装方法学。在此基础上，发展一批新型插层结构功能材料，如均分散量子点材料、凝胶骨架增强材料、高密度存储材料、光致伸缩材料、插层结构荧光材料、无机光致变色材料、旋光分离材料和光热稳定型插层颜料等，藉此丰富插层结构功能材料家族，拓展插层材料的应用范围，为插层材料实现产业化奠定基础。

插层结构材料因构筑基元与功能的多样性，已被广泛应用于催化、吸附、分离、光、电、磁功能材料等国民经济诸多领域。产品工程是化学工程学科的重要发展方向，已引起国际化工界的广泛关注。本项目立足于产品工程研究方向，针对插层结构设计和插层组装过程控制开展了深入、系统的基础和应用基础研究，取得了如下成果：. 1. 系统研究了插层结构的构筑原则。基于分子簇模型提出了构筑插层材料的八面体变形度判据以及最稳定的层板堆积方式，从而澄清和解释了若干实验科学中存有争议的问题。发现了插层结构的新特征（无机－有机杂化量子阱结构），采用实验手段和计算化学相结合的方法揭示了此类新型量子阱结构的能级特征和性能优势。. 2. 提出了多种插层组装的新方法。发展了插层组装、剥层组装、原位生长、共生组装、外场辅助组装等方法，拓展了组装范畴，实现了对插层结构的精准调控。进一步将基础研究成果推进至工程化研究阶段，针对插层材料的原子经济反应新工艺，突破了系列关键技术，实现了产业化。. 3. 以功能为导向实现了插层材料的结构设计与性能调控。获得了系列新型插层结构功能材料：高性能催化材料、吸附材料、发光材料、智能响应与传感材料。对该类材料的超分子结构、能带特征、主客体作用力进行了系统和深入研究，通过解决插层材料的结构设计、可控组装中的关键科学问题，实现了其功能调控和强化。. 4. 以基础研究为创新源，进一步支持了关键技术的突破，三类插层结构功能材料（紫外阻隔材料、催化裂化硫转移剂、焦炉煤气脱硫吸附剂）以解决重大需求为切入点进入了应用阶段。. 项目执行期间，在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.和ACS Nano.等国际学术刊物发表研究论文130篇（其中IF大于3.0的120篇，IF大于6.0的43篇）；他引超过8500次；授权国际专利3件，授权国家发明专利36件；获国家技术发明二等奖1项、北京市科学技术一等奖1项、中国石油化工协会技术发明一等奖1项；培养国家杰出青年基金获得者3人、优秀青年基金获得者1人、教育部新世纪优秀人才3人；培养博士后2名，博士研究生15名、硕士研究生25名；两名博士分别入选2011和2012年度北京市优秀博士论文，一名博士获2010年度“北京高校成才表率奖”。