断键型类沸石硼咪唑框架材料的结构设计与性能研究

Porous Metal-organic framworks (PMOFs) with zeoltype topologies continues to attract much attention in some currently emerging areas related to health, energy use, and environmental conservation. The project focuses on design and synthesis of a new kind of PMOFs which are based on the the assembly of BH(im)3 unit with tetrahedral metal centers. From this strategy, some interesting interrupted zeolitic boron imidazolate frameworks with lower connectivity (3-connected) have been prepared in our former research. This project is to further investigate the network diversity of such interrupted frameworks and their potential applications in gas sorption and catalysis. From this project, we will carefully analysis the relationship between the structures and properties of such materials. Several highly effective materials for CO2 uptake might be developed and several SCI papers with high impact factors could be published.

面对当前知识创新和节能减排的重要需求，微孔金属有机框架材料备受关注。本项目针对沸石分子筛微孔结构，以发展一类新的断键型类沸石硼咪唑框架材料为研究目标，研究断键型类沸石硼咪唑框架材料在温室气体二氧化碳的捕捉、储存，小分子化工原料的节能催化等方面的功能应用。首先应用结构设计思想，利用三连接的有机硼咪唑配体和四面体配位的金属离子合成断键型类沸石分子筛框架材料，因为断键的存在，能有效的扩大结构中的分子环和增强其应用功能；同时，在大量合成工作的基础上，总结功能-结构-合成三者之间的关系与规律，发展一套断键型类沸石硼咪唑框架材料的设计方法和定向合成路线，探索适用于二氧化碳俘获或小分子催化的新型功能材料。

按照项目计划和研究方案，在该基金的资助下，我们合成了一系列硼咪唑配体，并系统地开展了断键型类沸石硼咪唑框架材料的研究工作。提出了多种合成策略，构筑了一系列新颖的硼咪唑框架材料，针对硼咪唑骨架的性能特点，围绕温室气体二氧化碳的捕获与存储、负载贵金属纳米颗粒应用于异相催化、机械研磨荧光变色等方面展开了材料性能研究。由于断键型类沸石硼咪唑框架材料孔隙壁上均匀地裸露着B-H键，借助B-H键的还原功能，BIF材料能充当一种新的功能材料缓慢定向的实现贵金属纳米粒子的有序自组装，并且，负载了贵金属纳米颗粒的样品对4-硝基苯酚还原反应具有很高的催化活性。通过三齿硼咪唑配体与四面体金属中心组装，我们提出了构筑（3,4）-连接BIFs材料的合成策略，这类材料在ZIFs材料构筑中是很难实现的。比如，通过合理设计，成功得到了一例（3,4）-连接的ctn-型多孔材料，该材料对CO2具有选择性吸附性能。此外，通过三齿硼咪唑配体与铜组装，构筑了一系列低连接数、功能化BIFs材料，这些材料具有机械研磨荧光变色和催化性能。笼是分子筛的重要构筑基元，通过合理设计，利用三齿硼咪唑配体与四面体或平面四边形配位的金属中心组装，构筑了两类笼状化合物：十二面体笼和立方体笼，该工作对于模拟沸石和其他开放骨架中的笼基自组装行为具有非常重要的指导意义。上述研究成果相继发表在Coord. Chem. Rev., Chem. Eur. J.,Chem. Commun.等国际知名杂志上。