配体取代基对金属有机骨架化合物结构和性质的调控研究

It is a hot and challengeable subject to fabricate metal-organic frameworks (MOFs) with the defined structures and functions through the design of suitable organic ligands and next reaction with metal ions. In this item, from the perspective of structure-property relation, we will design and synthesize a series of pyridyl-pyrazolyl derivatives decorated by substituent groups with different sizes, hydrophilic and hydrophobic properties, and so on, and then employ them to tune the structures and properties of MOFs. Firstly, this item will synthesize a series of MOFs with different porous structures through the changes of ligand substituents, and the relation between the porous structures and the performance of gas adsorption and separation will be studied emphasizedly. Secondly, the MOFs with the hydrophibic or hydrophobic substituents will be used to encapsulate organic solvent molecules, and then the influence rules of the MOF luminescence caused by the solvent molecules will be explored. This item not only obtains the metal-pyrazolate functional materials with adsorption and separation for special gas as well as luminescence sensing for organic solvent molecules but also provide an effective method for the structure and property tunes of MOF materials, possessing an important scientific significance.

设计合适的有机单元，并与金属离子反应组装具有特定结构和功能的金属有机骨架化合物（MOFs）一直是配位化学研究领域的热点和难点。本项目从构-效关系的角度出发，设计合成含有不同尺寸、疏水性和亲水性等取代基团的一系列吡啶吡唑配体，并用于调控MOFs的结构和性质。本项目首先通过配体取代基的变化合成一系列具有不同孔结构的MOFs，重点探索MOFs的孔结构与其气体吸附和分离性能之间的关系；其次利用孔表面含有疏水性或者亲水性取代基团的MOFs包裹有机溶剂分子，探讨溶剂分子对MOFs的发光性能的影响规律。本项目研究不仅能够获得金属-吡唑骨架体系中具有对特定气体分离和对有机溶剂分子荧光传感功能的材料，而且为MOFs材料的结构和性能调控提供有效的方法，具有重要的科学意义。

本项目以金属有机骨架化合物（MOF）的功能应用为导向，设计合成了不同配位基元和潜在活性位点的配体，利用它们与不同的金属离子组装了系列的MOF新材料，对它们的结构和性质进行了系统深入的研究。重要的研究结果包括：1）利用配体构型变化的灵活性和配位模式的多样性，成功地制备了不同拓扑结构的MOF，阐明了结构与发光和磁性等性质之间的关系；2）选用不同的金属中心组装了具有发光功能的MOF，实现了对特定金属离子、农药分子以及抗生素分子的荧光传感检测；3）将Ag纳米粒子与MOF复合制备了纳米粒子@MOF复合电极，提升了MOF的导电性能，同时实现了对葡萄糖灵敏地选择性电化学传感检测；4）通过在MOF的孔表面引入活性位点的策略，实现了MOF材料对低碳烃类化合物、有机溶剂和二氧化碳等气体的吸附分离以及二氧化碳的高效催化转化。本项目研究结果为具有发光传感、电化学传感、吸附分离以及CO2转化利用等功能的MOF新材料的设计合成，提供了有益的实验基础和理论指导。