晶态沸石型四氮唑-咪唑骨架材料的设计合成

This proposal researches the design, synthesis and structure-function relationship of the metal organic frameworks (MOFs) with inorganic zeolite topology. We Propose here a new strategy to construct zeotype functional materials by mixing imidazole and tetrazole derivatives, designing and synthesizing zeolitic imidazolate/tetrazolate frameworks(ZITFs) with unsaturated coordination sites and various topological networks.Imidazolate ligands can be used to build the skeleton of the zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs); simultaneously,they can play the role of structure-directing agent (SDA) to induce tetrazole derivatives to adopt similar mode to construct the materials collaboratively.It is expected to optimize and enhance the gas adsorption and separation performance of the material by the use of unsaturated coordination sites of tetrazole, which also can be used to insert metal ions with exposed metal centers, expanding its scope of application in the field of chemical fixation of CO2. This work will provide a new structure design strategy for the new generation of the porous material, and develop a class of zeolite-type functional materials with high surface area and modified structure.

本项目研究一类具有无机沸石网络拓扑的金属有机骨架材料的设计合成及其功能应用的构效关系。提出混合咪唑、四氮唑的策略，设计合成具有不饱和配位点和更加丰富拓扑网络的类分子筛材料。利用咪唑固定的配位模式，参与骨架的构筑，形成沸石型网络；同时起到结构导向剂的作用，诱导四氮唑衍生物采取类似的模式参与结构组装。利用四氮唑上不饱和配位点，增强材料主体与客体分子之间的相互作用，优化并提升材料的吸附分离性能。进一步导入催化活性的金属中心形成复合材料，拓展其在二氧化碳催化转化等领域的应用范围。本研究工作将为新一代多孔材料的合成提供新的结构设计思路，发展一类具有高比表面积和结构可修饰性的类分子筛功能材料。

无机分子筛材料因特有的吸附/分离和催化等功能在工业界和人们的日常生活中均有着广泛应用，历经了几十年的研究发展依然是当前的研究热点之一。沸石咪唑框架材料的研究旨在突破无机分子筛材料结构限制，利用四面体中心和咪唑配体模拟沸石分子筛的四面体中心和桥联氧，引入咪唑配体实现更大孔径和更高比表面积的材料合成。本项目在沸石咪唑框架材料基础上，混合咪唑和四氮唑配体构筑类分子筛功能材料，系统探索了这类新材料在吸附/分离与催化相关领域的功能应用。取得以下重要研究进展：.（1）以苯并咪唑衍生物代替咪唑提升ZTIF材料的水稳定性和化学稳定性。首次在咪唑配体上引入大的疏水性基团，增强ZTIF材料的水稳定性和化学稳定性，而且实现了高效的轻质烷烃分离。.（2）突破了该类材料在孔径方面的局限，构筑出大孔径ZTIF材料。通过在苯并咪唑配体上引入具有配位能力的羧基，首次实现了具有12-元环孔径的ZTIF材料的合成，为大孔径类分子筛材料合成提供了新的思路。.（3）拓展了该类材料的反应体系，首次在多醇类溶剂中合成出新颖拓扑的ZTIF材料。将反应溶剂从酰胺拓展到乙二醇中，通过组合不同的咪唑和四氮唑合成出frl，mmt等新拓扑框架。.本项目已发表Chem. Soc. Rev. (1篇), ACS Appl. Mater. Interfaces, (2篇)，Chem. Commun. (1篇) Inorg. Chem. Front. (1篇)， Chin. Sci. Bull. (1篇) 等论文25篇。