清洁介质复杂流体体系中分子聚集结构和功能研究

Superciritical fluids (SCFs), ionic liquids (ILs), and SCF/IL are novel green solvents and functional fluids. They have wide applications in different fields, such as reaction engineering, material science, extraction and fractionation. Study on the molecular aggregation and the functions of the aggregates is of great importance from both fundmental and pracitical points of view, and many challenging problems need to be solved. In this project, using the small angle X-ray scattering (SAXS) equipment of Beijing Synchrotron Radiation Facility combined with other tequniques, we are going to study the molecular aggregation behavior, the structure of the aggregates, and the effect of molecular aggregation on chemical reactions and material synthesis in the systems. The mechanism for the effects of different factors on molecular aggregation behavior, microstructure of the aggregates and their functions will be studied. The relationship between molecular aggregation behavior, microstructure of the aggregates and other physicochemical properties will be investigated. The new methods to control and optimize chemical reactions and material synthesis using the properties of the molecular aggregates will be explored. This is an interdisciplinary field related with chemistry, physics, and material science.

本申请针对大科学装置联合基金指南中“（1）复杂流体体系中分子聚集结构和功能研究”提出。超临界流体、离子液体、超临界流体/离子液体是重要清洁介质和功能流体，在化学反应、材料科学、分离等领域应用前景广阔。这些介质与其它物质组成的体系中分子聚集结构和功能的特殊性及机理是有待解决的重大难题，也是它们在各领域应用的重要基础。本项目将北京正负电子对撞机同步辐射装置小角X-射线散射技术与其它手段相结合，研究这些清洁介质与不同物质组成的复杂流体体系中分子聚集行为、聚集体结构、以及聚集体性质对体系中化学反应和材料合成的调控功能等。揭示这些复杂流体体系中分子聚集行为、聚集体微观结构、聚集体功能随不同因素的变化规律和机理，研究流体中分子聚集体行为、聚集体性质与宏观物理化学性质的内在联系，发展利用分子聚集体性质调控化学反应性质、可控合成功能材料的新方法和新途径。这是化学、物理、材料科学等相互交叉渗透的课题。

超临界流体、离子液体、超临界流体/离子液体是重要的清洁介质和功能流体，在化学反应、材料合成、分离等领域有广阔的应用前景，这些绿色介质为发展绿色技术提供了新的机遇。研究这些介质与其它物质组成复杂体系的微观结构、探索它们的应用具有重要意义。同步辐射小角X-射线散射（SAXS）技术是研究这些问题的重要手段。本项目拓展了北京同步辐射SAXS 技术和方法，实现了毫秒量级的时间分辨SAXS 实验技术，并发展了相应的数据处理方法。将SAXS技术与其它手段相结合，对一系列清洁介质与不同物质组成的复杂流体体系中的分子聚集行为、聚集体结构进行了深入系统的研究，发展多种绿色介质中调控合成材料的新方法和新途径，获得多种新型催化材料，研究了介质性质对催化材料的结构与性能、化学反应性质的影响规律和机理，取得了一批重要的研究成果。发表SCI收录期刊论文70篇，其中一些文章发表在Nat. Commun. (1篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (5篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、Chem. Sci.(4篇)、Chem. Eur.J (1篇)、Chem. Commun. (9篇)、Green.Chem. (8篇)等重要期刊上；在国际学术会议作邀请报告19次，在国内学术会议作邀请报告15次；申请专利7项，其中3项已授权；培养博士9名，硕士1名，其中4人获得国家奖学金；培养了一批青年骨干。