离子热法构筑多酸基三维开放框架化合物及其储氢与光催化产氢双重特性研究

The special properties of polyoxometalates (POMs) and metal organic frameworks (MOFs) are both in one POM-based 3D open-framework, and it plays important role in many fields, such as catalysis, hydrogen storage, biological medicine and new energy. Until now, synthesis method of POM-based 3D open-frameworks is still conventional hydro- or solvothermal, which exist some shortcomings, such as the hardly predictable structure and unfriendly environment. Hence, this project will synthesize POM-based 3D open-frameworks in green environmental and safe ionic liquids (ILs) insteed of conventional water and organic solvent to explore and summarize conditions and rules of the synthesis to POM-based 3D open-frameworks, and carefully study their properties in gas adsorption and ion exchange fields, especially in photocatalytic hydrogen production field. The target of this research is to find a new safe and environmentally friendly way to obtain POM-based 3D open-frameworks under ionothermal condition, combining the excellent photocatalytic property of polyoxometalates and gas storage property of open-frameworks. At the same time, it will enrich the inorganic synthetic methodology, and offer more technical support and theoretical basis to obtain the POM-based 3D open-frameworks. In addition, this research has significant application prospects in the field of materials chemistry.

多酸基三维开放框架化合物集多酸与三维开放框架化合物两种明星分子的优点于一身，在催化、储氢、生物医药以及新能源等领域有至关重要的作用。目前多酸基三维开放框架化合物的合成多采用水热和溶剂热法，但这类合成手段存在结构难以预测、环保性差等缺点。因此，本项目拟采用绿色环保、安全、高效的离子液体作为反应介质，代替传统水/溶剂热中的水和有机溶剂，利用离子热法将具有光催化活性的多酸和具有优异储氢性能的开放框架化合物有机融合在一起，构筑拥有双重特性的多酸基三维开放框架化合物，探索和总结此类材料在离子热体系中的合成条件与规律，深入研究此类材料在气体吸附和离子交换等领域，特别是在光催化产氢领域的优异特性。目的在于找到一种新颖、环境友好、安全的合成策略，为设计合成此类功能特性材料提供更多技术支持与理论基础，丰富无机合成方法学的研究。同时，此类化合物储氢及催化产氢性能的研究在材料化学领域具有重要应用前景。

多酸基三维开放框架化合物集多酸与三维开放框架化合物两种明星分子的优点于一身，在催化、储氢、生物医药以及新能源等领域有至关重要的作用。目前多酸基三维开放框架化合物的合成多采用水热和溶剂热法，但这类合成手段存在结构难以预测、环保性差等缺点。因此，本项目采用绿色环保、安全、高效的离子液体作为反应介质，代替传统水/溶剂热中的水和有机溶剂，利用离子热法将具有光催化活性的多酸和具有优异储氢性能的开放框架化合物有机融合在一起，构筑拥有双重特性的多酸基三维开放框架化合物，探索和总结此类材料在离子热体系中的合成条件与规律，深入研究此类材料在气体吸附和离子交换等领域，特别是在光催化产氢领域的优异特性。项目在实施的过程中成功的在离子热条件下构筑了10例多酸基金属有机框架化合物，利用X-射线衍射技术得到10例化合物的单晶结构数据，其中类轮烷结构化合物2例，多酸基三维开放框架结构4例，多酸层状结构4例。化合物1-5具有良好的可见光照射下光催化降解有机小分子染料以及同样条件下光催化产氢的催化性能。对可能具有吸附性能的化合物进行了气体吸附与脱附的性质研究，实验结果表明化合物1、2、5和6具有良好的气体吸附性能。其中化合物6的比表面积高于经典类沸石Zeolite Y，是已报道的多酸基开放框架化合物中比表面积最大的。另外化合物1-5在可见光条件下，具有良好的光催化性质，其中化合物1可见光条件下光催化降解罗丹明B的降解速率为62%/h；光催化产生氢气的产氢速率为0.01μmol/h，结果显示化合物1是一种高催化活性，高稳定性的光催化材料。化合物7-10，已经公开发表SCI论文3篇，包含化合物5的论文已经处于修改状态。本项目的目的在于找到一种新颖、环境友好、安全的合成策略，为设计合成多酸基金属有机开放框架化合物提供更多技术支持与理论基础，丰富无机合成方法学的研究。同时，此类化合物储氢及催化产氢性能的研究在材料化学与能源化学领域具有重要应用前景。