新型金属有机框架-高分子交联膜材料的制备及其性能研究

As a new class of porous inorganic-organic hybrid crystalline materials, metal-organic frameworks (MOFs) have drawn high attention due to their high potential in the application of gas storage, separation, luminescence, sensing and catalytic fields. However, their inherent fragile and rigid natures inevitably limit the processability, the fabrication of tight-patterned MOFs membrane and efficient application in membrane separation technique. To overcome these shortcomings, (1) Polymer materials with good film reforming properties will be introduced into the architecture of MOFs membrane; (2) A systematical research will be carried out to explore the fabrication and property of MOFs-containing composite, in which polymeric oligomer works as the bridging linkage to bind MOFs nano-particles through covalent bonding interactions via post-synthetic approach; (3) The design, preparation, and application in membrane separation of the cross-linked MOFs-polymer hybrid membrane will be investigated based on the polymerization of MOFs nano-particles and polymers. The study results will provide a new research direction and synthetic approach in the development of new functional membrane materials with high performance and low cost.

金属有机框架材料(MOFs)作为一种新型的多孔无机-有机晶态材料，在气体存储、分离、发光、传感及催化等领域具有重要的应用前景，但此类材料加工困难，难以形成纳米水平分散、密切堆砌的MOFs膜，从而限制了其在膜分离技术等研究领域的高效应用。针对这些问题，本项目：(1) 将易于成膜的高分子材料引入MOFs的成膜体系；(2) 以金属离子、功能性配体和含活性官能团的单体分子为原料，合成以齐聚物桥联的、共价键驱动的、含有纳米尺度MOFs颗粒的复合膜材料，并对其制备和性能开展系统深入的研究；(3) 探索以MOFs与聚合物间的聚合交联为基础的金属有机框架-高分子复合膜材料的设计与合成，并考察其在膜分离等方面的应用。上述研究结果将为高性能、低成本的MOFs功能膜材料的发展提供新的思路和合成方法。

金属-有机框架（MOFs）作为一类新兴的晶态有机多孔材料，在气体分离、催化等领域具有重要的应用前景，刚性骨架结构导致此类材料多呈脆性的晶体粉末，限制了其在膜分离等领域的高效应用。如何提高MOFs膜的韧性和可加工性已成为制约MOFs材料发展的一项巨大挑战。突破这一瓶颈、实现晶态多孔材料的成型加工，对其实用性的有效提升具有重要意义。申请人按照任务书的要求，认真完成了以下工作: (1) 以纳米尺度MOFs/COFs作为次级构筑单元，开发以齐聚物桥联的、共价键驱动的多尺度杂化材料的新型合成策略，并对其制备和性能开展系统研究； (2) 以含有催化活性位点和响应性基团的MOFs基纳米杂化材料为乳化剂，构建多功能Pickering乳液模型催化体系，实现高效催化和可控分离。在论文产出方面，申请人以第一及通讯作者发表SCI论文9篇，累计影响因子>70，同时申请了15件发明专利，已获授权8件。在人才培养方面，培养4名研究生完成毕业论文。该项目的实施将为实现晶态多孔材料的装置化及功能集成提供新的研究思路和方法指导。