微孔硼酸铝晶体材料的模板合成、结构与性质研究

以功能为导向，设计、合成具有特定骨架组成与孔道结构的无机微孔晶体具有重要的理论与实际意义。本项目以含硼、铝骨架元素的无机微孔硼酸铝体系为主要研究对象，.开展具有较好结晶状态、新颖结构特点硼酸铝单晶材料的设计、合成。在中温溶剂热条件下，选用碱金属及碱土金属阳离子、有机胺、过渡金属配合物等为结构导向剂，以不同铝源和硼源为原料，合成微孔乃至大孔及手性、非心结构的硼酸铝化合物；总结合成该系列微孔晶体材料的条件与规律，研究所合成新化合物的晶体结构及热稳定性、非线性光学性质和离子交换性能，揭示微孔晶体材料的结构与性能之间的关系。该项目的实施不仅有助于丰富微孔材料的类型及结构化学，同时也为寻找新型功能材料打下基础。

在相对温和的水热（溶剂热）条件下，系统研究了硼与不同金属组分在吡啶-水、DMF-水、醇-胺等反应介质中的自组装特点与模式；通过无机阳离子、有机胺及过渡金属配合物模板的筛选与使用，合成出系列基于硼-氧簇、铝-氧单元（或簇）、锌-氧簇及钒-氧簇单元的微孔硼酸盐材料，并通过红外光谱、元素分析、单晶X-射线衍射、粉末衍射、热重-差热等对合成产物进行结构表征及离子交换、热稳定性等性能研究。在硼酸盐体系，首次发现硼原子“嵌入”金属铝-氧簇，构建出新型金属异核簇[B@Al6O24]；实现了部分复杂硼-氧簇与多核金属-氧簇（铝-氧簇、锌-氧簇与钒-氧簇）的组合；利用异丙醇铝水解调控手性AlO4基团的形成，实现了与手性或非心结构硼-氧簇的组装，合成出系列具有非心或手性结构硼酸铝晶体。此外，对本课题的研究内容作了适当拓展：如在亚磷酸盐领域，合成出两例具有超大24-元环孔道的亚磷酸锌材料；在酸性条件下，首次发现不同客体有机模板的烷基化反应等；在稀土-氧簇组装化学领域，首次实现新型稀土五核簇的合成，并与过渡金属组装得到孔材料等。