可见光响应型多酸基金属-有机骨架的设计合成及其光催化降解有机污染物的研究

This project will focus on the two research fields of the modified polyoxometalate and the photocatalysis. A series of polyoxometalate-based metal-organic framework (PMOF) crystallines will be designed and synthesized by assembly of polyoxometalate unit, polydentate ligand and metal ion. We can get the the PMOFs with novel entanglment motifs and visible light response through the variation of the polyoxometalate unit, polydentate ligand and metal ion. The degradation for the typical organic pollutant will be studied under visible light. The photocatalytic activity of the PMOF will be enhanced with the variation of the elemental composition of the polyoxometalate. The range of the photoresponse will be broadened with the introduction of the polydentate N-donor ligand. The relationship between the structure of PMOF and photocatalysis will be investigated. The synthetic chamistry and photochemistry of polyoxometalate will be further enriched.

本课题主要着眼于多酸修饰和光催化这两个前沿方向。设计合成系列结构和功能导向的刚性多齿氮杂环配体，以多金属氧酸盐为无机建筑单元，以金属离子和多齿氮杂环配体形成的金属-有机骨架为桥，通过分子自组装原理构筑系列多酸基金属-有机骨架晶态材料。通过无机多金属氧酸盐建筑块、多齿氮杂环配体及过渡金属离子的调变，旨在得到具有新颖缠绕结构和高活性、高寿命的可见光响应型多酸基金属-有机骨架化合物。研究这些化合物对典型有机污染物的可见光降解活性。通过多金属氧酸盐组成元素的改变来提高多金属氧酸盐的导带，从而提高体系的光催化活性；通过系列稠芳环多氮杂环配体的引入，来拓宽所形成的多酸基金属-有机骨架的光谱响应范围。探究多酸基金属-有机骨架的结构与其光催化活性之间的关系，进一步丰富和拓展多金属氧酸盐的合成化学和光化学。

多酸修饰的金属-有机框架材料和光催化是两个重要的研究方向。在本课题中我们选用和设计合成了系列多齿氮杂环配体，以各种多金属氧酸盐为无机建筑单元，利用这些多齿氮杂环配体在溶剂热或水热条件下制备了多系列多酸基金属-有机框架及金属-有机框架材料，通过单晶X-射线衍射方法测定了这些化合物的结构，并通过其它物理测试手段对化合物作了进一步表征。在仔细研究和分析这些化合物结构的基础上，详细研究了部分代表性化合物的光催化降解有机染料和催化性能，探讨了中心金属、框架结构、多金属氧酸盐等因素对光催化及催化性能的影响，在此基础上推断了可能的光催化及催化机理。