基于金属硫族半导体分子筛主客体复合材料的构建以及主体参与的能量和电子转移机制研究

Energy and electron transfer processes driven by light or heat, being significant steps in chemical reactions and life activities, are widely studied in the realm of science. Over the years, explorations on the mechanism of such processes in the host-guest composite systems with oxide zeolite serving as host have attracted particular attention. However, the non-optical activity and intrinsic insulation of oxide zeolites drastically limit the host-involved energy transfer or electron transfer or transport processes. The proposed project plans to adopt metal-chalcogenide-based zeolites or zeolitic analogs with semiconducting property and optical activity as host materials, and to construct new type of host-guest composites containing a variety of guest units, such as the organic dye molecules, transition metal complexes, conductive organic polymers and semiconductor nanoparticles. It aims to explore the mechanism and efficiency of energy transfer between open-framework semiconducting host materials and restricted guest units, and probe the mechanism of host-guest electron transfer and the electron transport efficiency within the host framework. This project will create new type of host-guest composite materials, and facilitate to understand photoactive center of semiconductor zeolites, and provide some basic theoretical guidance for the field of photochemistry and environmental protection.

光热驱动的电子转移和能量转移过程是化学反应和生命活动的重要步骤，发现和揭示此过程一直是科学领域关注的焦点。多年来，在基于传统氧化物分子筛为主体的主客体复合材料体系中,探索主客体间的电子转移和能量转移成为主客体化学领域的研究重点。然而，氧化物分子筛的非光学活性和绝缘本性严重限制了它们作为主体材料参与的能量转移、电子转移以及输运等过程。本项目拟将具有半导体特性和光学活性的金属硫族分子筛或类分子筛框架材料作为主体，把有机染料、过渡金属配合物、导电聚合物和半导体纳米粒子等客体单元植入其中，旨在构建新型主客体复合材料，探究半导体主体框架与被限域客体单元间的能量转移机制，理解主客体间的电子转移机制以及电子在主体内部的传输效率等关键问题。此项研究有助于理解半导体分子筛的光活性中心和光催化反应本质，为信息传感监测、半导体光催化、污染物消除等与光化学、环境保护相关领域的研究提供新型复合材料和基础理论指导。

光驱动的电子转移和能量转移过程是光致发光和催化过程的重要步骤。早期，基于传统氧化物分子筛为主体的主客体复合材料体系是探索客体间电子转移和能量转移的研究重点。然而，氧化物分子筛的非光学活性和绝缘性限制了它们作为主体材料参与的能量转移和电子转移过程。为突破此局限，本项目研究目标和研究主要内容就是将具有半导体特性和光学活性的金属硫族分子筛或类分子筛框架材料作为主体，把过渡金属配合物和金属硫化物或氧化物纳米粒子等客体单元引入其中，构建新型主客体复合材料，探究半导体主体框架与被限域客体单元间的能量转移机制，理解主客体间的电子转移机制以及电子在主体内部的传输效率等关键问题。首先，我们构建了系列金属硫族簇基新型类分子筛和开放骨架材料，探究了此类半导体多孔材料的离子交换性能和稳定性；其次，我们在半导体分子筛框架中引入了多种金属硫化物纳米粒子和金属氢氧化物纳米粒子，研究了光驱动的主体框架与客体纳米颗粒间的能量转移过程；此外，我们利用金属硫族纳米团簇作为多元组份前驱体，构建了多元组分共存的半导体异质结和半导体-金属异质结，探究了组份调控的异质结间电荷转移机制；最后，我们研究了半导体纳米团簇内光生激子能量与簇内掺杂离子之间的能量转移与电荷转移过程，细致探究了微区结构掺杂离子数量和结构对于能量转移效率的影响过程。上述研究有助于理解簇基半导体类分子筛内部的光活性中心本质，为信息传感监测、半导体光催化、污染物消除等与光化学、环境保护相关领域的研究提供新型复合材料和基础理论指导。