多金属氧酸盐簇-有机分子笼及多面体骨架的构筑和性能研究

Due to intriguing hollow polyhedral configuration and rich chemical and physical properties, molecular metal-oganic polyhedral cages and extended frameworks have in recent years attracted considerable attention of researchers working in the fields of chemistry, biology, and material science. In addition, polyoxometalates with high-nuclear metal-oxo core configuration have wide potential and practical applications in areas of catalysis, medicine, and magnetism. Our research project focuses on the unexplored interdiscipline of the above two research systems. Detailed studies include: 1) To develop feasible synthetical strategies for designing and constructing a series of molecular polyoxometalate-organic cages; 2) To develop feasible synthetical strategies for designing and constructing a series of extended polyoxometalate-organic polyhedral frameworks; 3) To study the chemical and physical properties of these two series of obtained materials with special focuses on their potential applications in catalysis, gas storage, and guest-host chemistry; 4) To adjust chemical and physical properties of obtained materials by utilization of ligands with different sizes, shapes, and functional groups, as well as guest ions with different sizes and charge properties. And then to further study the relationship between structures and properties of these materials with attempt to realize the improvement and adjustment of properties of materials.This project is specially meaningful for the development of new research area, as well as the discovery and applications of new-type functional materials.

金属-有机分子笼及多面体骨架具有迷人的空腔多面体构造和多样的物理化学性质,近年来引起了从事化学、生物和材料科学领域的人们的高度兴趣。多金属氧酸盐簇具有多样的高核金属氧簇结构，在催化、医疗及磁学领域具有广泛的潜在和实际应用。本项目对处于尚待开发的上述两个体系的前沿交叉领域开展创新性研究，具体研究包括: 1)探索可行的合成策略来设计和构筑系列新颖的多金属氧酸盐簇-有机分子笼材料；2)探索可行的合成策略来设计和构筑系列新颖的多金属氧酸盐簇-有机多面体拓展骨架材料；3)研究获得的两类材料的物理化学性质，重点研究材料在催化、气体存储和主客体化学方面的潜在应用;4) 通过对有机配体进行尺寸控制、形状设计、官能团修饰以及对客体离子的大小及电荷属性等的选择来调控两类材料的物理和化学性质，研究材料的构效关系，进而实现材料相关性能的提升和调控。本项目研究对新体系的开发和新型功能材料的发现和利用具有重要的意义

晶态结构功能材料的自组装设计合成研究是当前无机合成化学领域一个重要的研究课题。金属-有机框架结构材料具独特的空旷结构特征，在客体存储和主客体相互作用方面具有重要的潜在应用。多金属氧酸簇合物具有迷人的，纳米尺度的高核高价金属氧簇结构，在催化和功能材料方面呈现出优异的性能。本项目主要探索上述两类材料的前沿交叉体系的合成研究，主要结果如下: 1)通过分步的策略构建了首例多酸-有机超分子笼；2）通过缺位多酸的缺位诱导策略构建了一类过渡金属取代多酸-有机超分子纳米管材料；3)通过合成探索构筑了一系列结构新颖的高核多金属氧酸簇聚物，进而利用高核多酸簇聚物为次级构筑单元与金属有机配体进行自组装反应，构建了一系列新颖的无机有机杂化的多金属氧酸簇有机拓展骨架材料；4)利用多羟基配体的诱导聚集成簇的策略合成了系列新颖的多核过渡金属簇或异核过渡金属簇-有机框架材料；5）研究了上述不同结构类型的材料的物理化学性质，包括材料的稳定性及在催化、发光、磁性、离子交换及离子导电等方面的潜在应用，初步讨论了材料的构效关系。本项目研究对新体系的开发和新型功能材料的发现和利用具有重要的意义。