功能导向簇合物的结构设计与精准合成

To meet the demand of special properties, this project aims to precisely prepare a series of novel cluster materials with special functions by structural design and the application of new synthetic strategies. We will explore the assembly rules of metal-organic molecular cages, spheres, tubes, as well as one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional metal-organic polymers based on the aforementioned molecular motifs. By the self-assembly and the template-directing assembly, we expect to designedly synthesize the metal cluster compounds with ordered structures and different pore sizes, which possess potential applications in the luminescence, magnets, gas storage and separation, molecular recognition and so on. Through the synergetic effect and structural control of metal clusters and organic functional molecules, structural design and precise syntheses of nano-size metal clusters will be realized. Furthermore, the relationship between the structures and properties of these nano-cages, nano-balls, nano-prisms, nano-wires and nano-tubes will be studied. Finally, the applications on the functional materials and molecular devices will be also investigated.

本项目旨在根据对材料特定性能的需求进行结构设计、建立制备新技术和精准制备系列具有特定功能的新型团簇材料。探索具有各种孔洞结构及维数的各类金属纳米团簇分子笼、球、管及其形成的一维、二维或三维结构的组装方法与规律。通过定向组装与模板导向组装等方法，设计合成具有不同孔径、高级有序结构、潜在应用价值的金属团簇化合物；通过功能分子与金属团簇的协同作用和结构调控，实现金属纳米团簇化合物的结构设计和精准合成，探索金属-有机纳米团簇分子笼、球、管的空间结构与性能的关系规律，寻找这类化合物在功能材料等领域中的应用。

自项目执行以来，我们主要围绕功能导向簇合物的结构设计与精准合成开展了科研工作并取得了重要进展，我们通过结构设计合成了系列具有不同配位点以及构象的有机配体，进而利用自组装与模板导向组装以及拓扑导向等方法，与具有不同配位构型的金属离子自组装，合成得到了系列金属-有机纳米分子笼、球、管等团簇分子；探索了具有各种孔洞结构金属-有机纳米团簇分子笼、球、管以及基于分子笼、球、管的一维、二维或三维的金属-有机配位聚合物的组装方法与规律；总结了团簇分子的合成策略并进一步指导合成工作，逐步实现此类团簇分子的可控合成和结构调控；重点研究了上述簇合物的设计合成及其在发光、分子识别、催化以及气体存储与分离等领域的应用。经过五年的研究，共发表论文52篇，其中IF>10的论文14篇（Nat. Commun. 1篇，Angew. Chem. In. Ed. 7篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇，Adv. Mater. 1篇，Adv Funct Mater. 1篇，ACS Nano 1篇，Adv. Sci. 1篇，Nano Research 1篇），并受邀分别在Nanoscale和Isr. J. Chem.上撰写有关功能纳米团簇组装及其应用的综述文章2篇。授权专利10项，受理2项。已培养了博士生16名，硕士生18人，出站博士后2名。项目骨干人员作为第二完成人获得2018年福建省自然科学奖一等奖一项以及2017年福建省自然科学奖二等奖一项，项目骨干人员获2018年中国稀土科技奖基础研究类一等奖一项。