基于咔唑配体的新型发光金属有机骨架化合物的设计、合成和性质研究

金属有机骨架化合物（MOF）作为一类合成灵活、结构多样的新型杂化多功能材料，其有趣的发光性质为新型固体发光材料的设计合成提供了良好平台。本项目从配体设计入手，基于具有良好空穴传输能力和发光性能的咔唑基团设计合成配体，利用咔唑基配体和有利于发光性能的金属或者金属簇状次级结构单元的配位反应制备系列具有发光性能的新颖金属有机骨架化合物，研究其结构和性能之间的关系规律；利用金属有机骨架材料的孔道特性，合理调控客体分子和发光基团间的相互作用，研究其客体响应的发光机制。本项目的开展旨在从结构和性能的关系规律角度开发新型金属有机骨架发光材料，研究金属有机骨架化合物中能量传递和电子转移过程的机理。

发光金属有机骨架化合物是发光材料研究的新兴热点。到目前为止，发光金属有机骨架化合物在照明、传感、催化和多点成像等领域展现了广阔的应用前景。该类材料的无机/有机结构单元以及孔道中的客体分子均可对其发光行为进行调控。本项目以咔唑基金属有机骨架材料作为研究对象，研究产物结构和发光性质之间的构效关系，探索客体分子导致的发光变化。我们按照研究计划开展工作，取得了以下主要的研究成果：（1）利用咔唑二羧酸配体合成了锌金属有机骨架化合物，对其晶体结构和发光性质进行了细致研究。光谱研究表明这些包含不同客体分子的主客体产物展现了不同的荧光发射，其发光光谱位移与主客体相互作用的强弱相对应。该结果表明所制备的材料具有荧光传感性质，同时表明所制备材料的发光性质可以通过客体分子进行调控。（2）制备了咔唑二羧酸配体镉化合物，该化合物的发光相比配体发生蓝移，研究发现该发光蓝移是由配位作用导致的配体内电荷转移引起的。（3）制备了咔唑三羧酸配体锌有机骨架微孔化合物，对该化合物的微孔特性进行了考察。结果表明该化合物在同类材料中表现了优良的二氧化碳选择性吸附能力。（4）制备了系列发光金属有机骨架超分子异构体，研究了该系列发光金属有机骨架材料的发光和结构之间的关系。结构分析表明该系列异构体的形成是由于配体分子的构象改变导致的，光谱研究表明构象不同导致产物的发光从蓝光变化为绿光。（5）研究了金属有机骨架化合物主客体间电荷/能量转移导致的光捕获和爆炸物检测等性质。此外，我们还对介孔材料担载的非均相催化材料进行了初步研究，取得了一些有价值的进展。我们所进行的这些研究基本涵盖了当前发光金属有机骨架材料的主要研究方向，基本达到了项目预期的研究目标。所取得的成果不仅有助于加强我们对该类材料的认识，更为将来以发光功能为导向的定向设计与合成提供了一定基础和实践经验。