基于金属配体策略构筑的钌（Ru）基功能多孔材料的合成与性质研究

The purposes of this project is not only to immobilize these active ruthenium sites in conventional porous coordination polymers using a series of designed Ru-metalloligand by the “metalloligand approach”, but also to explore the potentially applications of these obtained compounds in heterogeneous photocatalysis and shape-selective catalysis induced by the changeable pores and channels of crystal structures. Furthermore, with the careful discussion and analysis of experiments data and synthetic factors in according to a large number of syntheses, we aim to summarize the synthetic law, develop and improve the “metalloligand approach”. More important, we also try to reveal the relationship between pore structures and the catalytic properties with the immobilization of those active sites. The successful developments of this project have important academic significance and scientific value to promote the design and photocatalysis performances of functional porous coordination polymers.

本项目基于金属配体合成策略，通过设计合成一系列钌金属配体，尝试在传统的多孔配位聚合物中引入金属钌活性位点，并探索这类化合物在非均相光催化和基于孔洞结构的择形催化方面的潜在应用。此外，立足于大量的合成实验和对合成因素的讨论，总结出合成规律、发展并完善金属配体合成策略，从而达到揭示引入的功能基元及孔道结构与宏观催化性能之间关系的目的。本项目的开展对于推动功能多孔配位聚合物的定向设计合成和光催化剂的开发具有重要的学术意义和科学价值。

多孔配位聚合物是由金属节点与有机配体彼此之间通过强的分子间相互作用并依据一定的构筑规则而形成的周期性网络结构。它具有丰富的拓扑结构类型、可修饰的孔道结构和良好的物理化学性能，在气体存储与分离、催化、光电磁和生物等领域拥有广泛的应用前景。本项目围绕着功能配位聚合物的结构设计与功能实现等关键问题展开，合成出一系列功能各异的多孔配位聚合物，取得了一些研究结果，在国际重要期刊发表了多篇学术论文。本项目的研究内容主要包括几下几方面，首先设计并合成出一系列钌金属配体；其次，将金属配体合成策略与多金属氧酸盐的结构导向作用相结合，成功地制备出由五核镉簇与钌基金属配体形成的具有风车状几何外形的一维链状结构与多金属氧酸盐所形成的超分子杂化结构。结构中钌金属配体的优异的光物理性能得到有效的保持，可望应用于氧气分子检测和光催化等方面；第二，以草酸分子和钌基金属配体作为共配体，成功地合成出一系列具有蝴蝶状几何外形的一维稀土配位聚合物。引入的钌金属配体可以作为敏化基团，可见光激发下高效的实现稀土近红外发光，钆基化合物还具有较好的磁热效应；最后，在本项目的资助下，项目申请人还探索了纳米多孔材料的制备及其生物效应的研究。本项目所取得的研究成果丰富了功能配位聚合物的合成方法，在相关领域的探索为配位聚合物的定向设计和功能实现积累了大量的数据，为功能多孔材料的设计合成提供了新的研究思路。