客体分子刺激响应型多孔材料的构筑

In response to a worldwide energy crisis and an increasing environmental pollution, intense efforts have been devoted to developing highly functional porous materials for applications in gas storage, carbon capture and sequestration, catalysis, separation, etc. The crystalline nature, uniform yet controllable pore size and diverse chemical properties of porous metal-organic framework materials make these materials unique for guest adsorption, separation and catalysis. The objective of this research is to develop a new family of porous metal-organic framework materials with guest-responsive ability by using viologen/bipyridinium derivatives as the basic structural and functional units owing to their easy modification of chemical structures, strong electron-accepting ability, photochromic behaviors and photoluminescence properties. A particular goal is to explore efficient synthetic strategies for desired porous materials with predetermined pore size and function, study the synergy between the host-guest interactions, the driving force for adsorption of different guest molecules/ions, and the color change in response to adsorption or exchange, and provide rational approach to construct porous materials with significant adsorption capacity, high selectivity and sensing ability.

面对全球日益严峻的能源危机与环境恶化，开发用于能源气体存储、温室气体俘获、污染物吸附分离以及催化转化的新型多孔材料已成为化学与材料科学领域的研究热点。本项目拟从多孔材料的功能与应用出发, 以具有光化学活性的紫精/联吡啶鎓盐衍生物作为主要结构和功能单元，利用其易于修饰的结构特征、良好的接受电子能力、光生自由基特性，变色及发光能力等，通过合理的分子设计和自组装技术构筑具有客体响应能力的多孔金属有机框架材料。着重探讨多孔金属有机框架化合物的定向合成规律、研究主客体分子在吸附过程中的驱动力、协同作用及显色能力，为发展选择性好，吸附性能高的多孔金属有机框架材料提供理论依据和实验基础。

面对全球日益严峻的能源危机与环境恶化，开发用于能源气体存储、温室气体俘获、污染物吸附分离以及催化转化的新型多孔材料已成为化学与材料科学领域的研究热点。本项目从多孔材料的功能与应用出发,以具有光化学活性的紫精/联吡啶鎓盐衍生物作为主要结构和功能单元，利用其易于修饰的结构特征、良好的接受电子能力、光生自由基特性，变色及发光能力等，通过合理的分子设计和自组装技术构筑了系列具有客体响应能力的多孔金属有机框架材料。着重探讨了多孔金属有机框架化合物的定向合成规律、主客体分子在吸附过程中的驱动力、协同作用及显色能力，在利用模块组装构筑并修饰特定结构孔材料、基于IRMOFs合成策略构筑拓扑结构相同但共轭程度不同的多孔配位聚合物、通过引入富电子的小分子辅助配体并结合鎓盐配体可弯折的分子构型开发具有高电荷密度及规则电荷分布的孔材料构筑等方面取得显著进展，实现了对孔道结构的调整及对不同极性小分子吸附性能的改善，为发展选择性好，吸附性能高的多孔金属有机框架材料提供了重要的理论依据和实验基础。研究结果已在国际有影响的SCI杂志上发表二十余篇，其中包括Angew.Chem.Int.Ed一篇，Chem. Commun.六篇, Chem. Eur. J两篇，Inorg. Chem.一篇，J. Mater. Chem.系列三篇，另获授权专利两项。基于我们在联吡啶鎓盐及响应性多孔材料构筑方面取得的进展及工作的新颖性，获国际重要期刊Dalton Trans.编辑的邀请，对联吡啶鎓基金属有机配位框架材料的自组装策略及相关应用进行了系统的归纳及阐述，撰写综述一篇。