第二功能基团修饰的金属-有机骨架材料的分子工程调控和性能研究

In recent years, the hazy weather presents gradually an increased frequency and enhanced intensity trend. It doesn't only impact directly on the safety of transportations, but also harms seriously people's health. And NO in automobile exhaust fumes is one of the major causes of the hazy weather. Therefore, it has the important practical significance to search for the functional material with highly effective catalytic decomposition of NO. Metal-Organic Frameworks (MOFs) have large specific surface area, high porosity, controlled size of cavity, mild conditions of synthesis, high chemical stability and thermal stability, which are first choice of highly efficient catalytic materials. Thus, this project intends to design and synthesize some kinds of functional groups (amino, nitrocellulose and halogen) modified aromatic multi-carboxylate and multi-pyridine ligands with special configurations, together with incorporating removable auxiliary ligands (methanol, water and DMF), to assemble series of stable MOFs with active sites. The synthesis regularity will be summarized. The catalytic decomposition performance of NO in MOFs will be studied thoroughly and the catalytic decomposition mechanism of NO will be discussed with the help of single-crystal to single-crystal transformation. The relationships between second building units (SBUs), MOFs and catalytic decomposition effect of NO will be explored. Finally, new SBUs will be designed and selected so as to assemble target MOFs with highly efficient catalytic decomposition performance of NO. The project provides a new idea for realization the molecular engineering exploration of function materials.

近年来，雾霾天气呈现出逐步增多增强的趋势，它不但直接影响着交通运输安全，还严重危害着人们的身体健康。而汽车尾气中的NO正是形成雾霾的“元凶”之一。因此，寻找高效催化分解NO的功能材料具有重要的现实意义。金属-有机骨架材料（MOFs）具有比表面大，孔隙率高及孔尺寸可调、合成条件温和、化学稳定性和热稳定性高等特点，是高效催化材料的首选。因此，本项目设计几类特殊构型的第二功能基团（氨基、硝基、卤素）修饰的芳香多羧酸和多吡啶配体，辅以易移除的配体（甲醇、水、DMF），组装系列稳定的具有活性位点的MOFs，总结其中的规律性，深入研究其催化分解NO的性能，探索次级构筑单元（SBUs）与MOFs结构以及NO分解效果间的关系规律，并结合单晶到单晶转变的方法探讨MOFs催化分解NO的机理，重新设计合适的SBUs定向组装可以高效催化分解NO的MOFs材料，为实现功能材料的分子工程探索提供新的思路。

金属-有机骨架材料（MOFs）具有比表面大，孔隙率高及孔尺寸可调、合成条件温和、化学稳定性和热稳定性高等特点，是新型功能材料的首选。因此，本项目设计合成了几类特殊构型的第二功能基团（氨基、硝基、卤素）修饰的芳香多羧酸配体，如5-氨基间苯二甲酸、5-羟基间苯二甲酸、5-硝基间苯二甲酸、5-溴间苯二甲酸、4-氯邻苯二甲酸、4-氨基邻苯二甲酸、4-硝基邻苯二甲酸、3-硝基邻苯二甲酸、2,3,5,6-四氯对苯二甲酸、3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸、2,3,5,6-四氟对苯二甲酸、3,4,5,6-四氟邻苯二甲酸、1-氨基苯-3,4,5-三羧酸、5-硝基苯-1,2,3-三羧酸、5,5'-(二氮烯-1,2-二取代)二间苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、9,10-蒽二羧酸等，辅以4,4'-联吡啶、2,4,5-三(4-吡啶基)-1H-咪唑等多吡啶配体，和金属盐组装出了系列稳定的具有活性位点的MOFs，通过X-射线单晶衍射详细的研究了它们的结构，并探讨了次级构筑单元（SBUs）结构，包括第二功能基团的种类和空间位置、金属的种类等，以及合成条件等因素，对MOFs结构的影响，对其中部分MOFs材料进行了固体荧光、NO分子催化分解、光催化降解、金属离子传感、有机分子传感等性能的测试，并探讨了结构与性能之间的关系，为实现功能材料的分子工程探索提供了新的思路。