分子基多孔晶态材料的设计合成及其气体存储和药物负载的性能研究

Oriented by the function and structure of materials, relying on hot topic of current research in the field of crystal engineering, this project aims to design and construct molecule-based porous materials based on the metal salts abundant in Guangxi and functional ligands. To characterize the structures and properties of these materials, especially their performances of hydrogen (or methane) adsorption as well as drug delivery, the instruments and methods of such as spectroscopy, thermogravimetric analysis, single crystal (or powder) X-ray diffraction and sorption measurement shall be utilized. These researches will reveal the assembly rules of PCPs, study the relationship between pore structures and various properties, explore novel phenomena and new potential applications caused from the cooperative physical/chemical effects, explain the influence of pore or channel characters in microcosmic level on properties in macroscopic view, and realize the function regulation through structure modification. Study on porous crystalline materials which may be new energy storage materials and medicine-carried materials, will provide theoretical supports and experimental models for the development of new functional materials.

本项目以材料功能与结构导向为基础，依托晶体工程最新研究成果，以广西特色金属盐资源和功能型有机配体为研究起点，设计合成系列配合物型分子基多孔晶态材料，综合利用现在光谱、热分析、单晶/粉末衍射和吸附化学等手段和和方法，测定目标物空间结构和相关物化性能，特别是在氢气、甲烷等能源气体的存储和药物分子负载与缓释性能方面展开探索和研究。揭示这类材料的组装特点和规律，研究微孔材料结构组成与物化性能的构效关系，探索目标物物化性能的协同效应所导致的新颖物理现象及潜在应用；阐明微观孔穴组成及特性对宏观物质功能表达的影响，通过结构功能化修饰实现对材料性能的有效调控。进行以多孔晶态材料为新一代储能材料和载药载体候选物的应用基础研究，为新型功能材料的发展提供理论支持和实验模型。

分子基多孔配位聚合物（PCPs）体系在气体存储分离、有机催化、发光和药物传输等方面展示出潜在的应用前景，是当前功能材料研究领域中富有挑战性的前沿阵地，本项目着眼于结构导向与材料功能，以广西特色金属盐资源和功能型有机配体为研究起点，展开了以下几个方面的研究工作：（1）使用钴、铜和锌等金属盐为原料，选择多功能吡啶羧酸类或多羧酸类化合物为连接配体，通过水/溶剂热和溶液法等方法，成功合成得到了系列分子基多孔PCPs；（2）综合利用现在光谱、热分析、单晶/粉末衍射和吸附化学等多种研究手段，测定了化合物的化学组成，并对其结构和相关物化性质进行了较为详尽的研究，特别是孔道性能；（3）通过研究具有不同尺寸和形态孔穴的PCPs的组装规律，探究了该类化合物定向构筑的合成方法；（4）选择目标物中适用于气体存储的PCPs材料，着重研究了其对氢气、甲烷和一氧化碳等能源气体的吸附能力；（5）选择适合负载小分子的PCPs材料作为载体，尝试对布洛芬、茴香脑和愈创木酚等药物分子进行装载，测试了药物分子在孔穴中的吸附和缓释性能，初步探索了该类材料的主体框架与药物分子间的相互作用关系。以上工作进一步从分子水平上考察了分子基PCPs材料构-效关系和功能协同性的特点与规律，为新型晶态功能材料的发展奠定了理论基础，提供了新的实验数据。