偶氮基配体构筑的光控动态金属有机框架材料及其二氧化碳捕获性能研究

The CO2 capture and storage in metal-organic frameworks (MOFs) relying on physical adsorption has been attracted great attention owing to their high surface area and their structural and chemical tenability. If the MOFs can absorb sunlight accompanied with the release of CO2, it may be possible to further reduce the energy costs and promote the utilization of the materials in the future. In the pursuit of highly efficient CO2 capture and release with lower energy, the purpose of this project is planned to construct photo-switched nitrogen rich MOFs with high CO2 capture property by choosing the ligands based on the light-responsive azo group. We will try to find the principles of the synthesis of new MOFs with tunable pore size, and clarify the relationship of the MOFs’s channel properties and the photo-switchable system on the capture and release of CO2. It is expected to provide new strategies to prepare potential highly efficient photo-switching dynamic MOFs for CO2 capture and release.

因金属有机框架材料具有高的比表面积和结构的可剪裁性，利用金属有机框架材料对二氧化碳进行物理吸附的研究近年来备受关注。如果该类材料能通过吸收太阳能等可再生资源而释放出其封装的二氧化碳，将能极大的降低能耗，促进该类材料向实用方向发展。本项目以二氧化碳的选择性封装和低能耗释放等功能为导向，设计合成具有光开关活性的偶氮基配体，制备具有优异二氧化碳捕集性能的光控动态富氮金属有机框架材料。总结归纳该类材料的合成、孔道调控等相关规律，阐述材料的孔道特征、光控开关等因素与二氧化碳捕获/释放性能的内在联系，为获得高效二氧化碳捕集的光控动态金属有机框架材料提供新的思路和参考。

因金属有机框架材料结构可调并具有高的比表面积，利用其对CO2进行捕获的研究近年来备受关注。本项目通过设计合成含有偶氮基元或双键基元的唑类配体、吡啶类配体等，将具有光控活性的偶氮等基元引入到多孔MOFs材料中，在光照条件下，偶氮键等光活性基元可发生构象转变，从而使得所制备的MOFs对CO2展现光控动态吸附。羧酸共配体的引入，对基于“构象柔性”的双咪唑偶氮类配体，吡啶基团拓展的含有双键基团偶氮类配体、苯并噻二唑修饰的含有双键的双吡啶配体等MOFs的构筑及其结构都起到了重要的影响。苯并噻二唑的修饰作用可以改善所制备MOFs对可见光的响应，并在可见光下展现了对有机污染物很好的光降解性能。此外，利用晶体工程的方法来调节磁性链的距离，实现了磁相互作用的调节。在改善MOFs时，发现其可作为碳源及金属源，通过合金化和（或）碳包覆手段来制备具有高比容量和高倍率性能的新型负极材料。