多孔金属有机框架材料的设计、合成、表征及能源相关的应用

在即将到来的能源危机和全球变暖威胁不断升级的刺激下，现在人们对使用多孔材料（如沸石型的多孔金属有机框架等）中微纳空间在清洁能源诸如氢、甲烷和二氧化碳存储上的应用愈来愈感兴趣。天然和合成多孔材料在气体的存储与分离方面已被广泛研究，如储氢、从含空气的氮气中分离氧。正因为如此，随着清洁能源的广泛使用，更高效存储与分离载体的需求将不断增加，这样多孔金属有机框架（MOFs）材料就自然地被作为最前沿的一种新型多孔材料加以研究并开发利用。我们和其他研究组的一些前期研究成果表明：和已知其他相关吸附材料相比，这种新型多孔材料对气体有望具有高的体积和重量存储容量。本项目将系统地探讨如何基于吡啶羧酸及其衍生物的功能化的新型金属有机框架的构筑方法以及诸如温度、酸碱度、溶剂等外界因素的刺激效应。同时，还深入探讨气体吸附和荧光性能（特别是作为金属离子探针）以及构效关系，具有重要的理论意义和实际应用价值。

本研究项目基于吡啶羧酸及其衍生物等含氮杂环有机配体，在常规溶液反应条件下或溶剂热（包括原位反应）或水热反应条件下，和金属盐类或氧化物反应组装得到一系列结构新颖的、具有一定气体吸附性能或荧光性能的金属有机框架(MOFs)配合物。同时研究了部分外界因素的变化，诸如反应温度、溶液酸碱度、溶剂、金属离子等，框架配合物的构筑规律，以及可以作为金属/非金属离子/分子的探针的性能与作用机理。在这类金属有机框架(MOFs)配合物的构筑过程中，我们发现不仅有些框架结构具有螺旋特征和较好的气体吸附与储氢性能，还具有光催化降解有机染料等性能。另一方面，利用原位金属-配体溶剂热反应策略，我们实现了一些在常规条件下不易得到的富氮杂环有机配体及相应的配合物，为不易直接合成的富氮杂环金属配合物提供了一条非常有效的途径。