配体取代基修饰金属-有机框架材料的微波合成及其性能研究

The studies of the booming metal-organic framework materials have the significantly potential applications in the basic research filed and, therefore, have attracted the great attentions for the global chemical workers and materials scientists in recent years. In this project, two different series of organic ligands decorated by the functional substituted groups will be rationally designed and prepared for meeting the special functional requirements of the pre-synthesizing materials. The functional materials will be yielded by employing the microwave-assisted synthesis. Some contents of the obtained materials, such as the synthesis conditions, crystal structures, the features of the pores, adsorption and catalysis etc, will be systemically investigated. The project will strive to explore the regulations between the functional substituted groups of the ligands and the pore size and properties of the materials and the influenced rules of the composition and performance, build the structure-property relationship. Then it will reveal that how the spatial stacking fashions of the organic ligands direct macroscopic properties of the materials, and deepen the understanding of the functional features of the materials and the nature of the organic ligands. And finally, the project will supply some valuable experimental messages and theory for realizing the design and controllable preparation of the function oriented materials, and enrich the research contents of the supramolecular chemistry, coordination chemistry, crystal engineering and materials chemistry.

新兴的金属-有机框架材料是一个具有重大应用前景的前沿基础研究领域，近年来受到了全球化学工作者和材料学家的极大关注。本项目从功能需求的角度出发来设计结构，合成两大系列功能导向取代基修饰的有机配体(功能结构基元)，进而采用微波合成反应构筑新型的功能金属-有机框架材料，系统研究此类材料的合成条件、晶体结构、孔道结构以及吸附和催化性能；重点探索配体的取代基对功能材料孔洞大小与性质的调控、以及对材料结构组成与性能的影响规律，建立构效关系；揭示决定金属-有机框架材料宏观性质的有机配体在空间的集成方式；深化对此类材料功能特性和功能结构基元本质的认识，为实现金属-有机框架材料功能导向的结构设计和可控制备提供有价值的实验信息与理论支持，进一步丰富超分子化学、配位化学、晶体工程学和材料化学的研究内容。

近年来，新兴的金属-有机框架材料由于具有多样化的结构、稳定性好、易于合成和修饰等特点而受到国内外众多科学家的广泛关注，对该领域的研究有望为新材料的研制和开发注入新的活力。众所周知，金属-有机框架材料的结构设计、可控合成及构效关系研究一直是配位化学、材料化学的热点研究课题和科学难题。本项目紧紧围绕上述关键问题，从功能需求的角度出发来设计结构，成功设计合成出具有特定功能的有机桥联配体，并利用多种合成方法成功组装了多个系列、60余种不同结构和性能的金属-有机框架材料，重点探索研究了它们的晶体结构和性能，并深入探讨了它们之间的构效关系。通过本项目研究获得了多项有价值的研究成果：(1) 通过大量的实例，研究了配体长度、取代基和金属离子的特性、实验体系的反应温度、pH值和溶剂选择等对穿插缠绕型金属-有机框架材料形成的影响，总结出了这些因素对于调控化合物维数、穿插缠绕度和性质的一些有重要实用价值的规律；(2) 在功能研究方面，获得了多例具有特殊吸附分离、荧光传感和磁学性能的金属-有机框架材料，例如，对二氧化碳具有良好选择性吸附分离效果的多孔杂化材料、对重金属离子或硝基化合物具有荧光传感特性的发光杂化材料。此外，还获得了一些具有特殊结构，如多聚索烃、多重螺旋和穿插的杂化材料，发现了罕见而独特的多步单晶转化现象。.项目实施以来，课题组先后在国内外著名学术期刊，包括Dalton Trans., Cryst. Growth Des., CrystEngComm, RSC Adv., J. Solid State Chem.和中国科学:化学等上发表科研论文19篇，并被他人多次正面引用和评述，其中影响因子大于3.0的论文12篇，并先后参与本领域相关的学术会议3次；项目负责人作为第三完成人分别获得2014年陕西省科学技术奖一等奖和2013年陕西高等学校科学技术奖一等奖各1项。总之，本项目研究取得了令人满意的结果，顺利按项目申请书完成了研究任务，并相应的有所拓展，工作具有一定的系统性和创新性，可为新型功能材料的设计、合成提供重要的科学依据和指导。