基于碳碳双键的光响应配位聚合物的组装及其响应传感特性研究

Stimuli-responsive matierials have garnered an extensive attention. When an external environment stimulus, such as a change of pH, temperature, or light is applied, their physical/chemical properties change as a rapid response. This project intends to synthesize light responsive coordination polymers based on carbon carbon double bond and study their assembling rule and sensing performance in detail. Heck reaction mechanism will be adopted to design and synthesize multidentate ligands with different configurations containing carbon carbon double bond and pyridine groups. The olefin bonds will perform a photoisomerization under various lighting conditions, such as, cis-trans isomerizations or [2+2] cycloadditions between olefin bonds. When these light-responsive ligands self-assemble as a building block with different metal ions or metal clusters, light response characteristics are introduced into the coordination polymers, that is, light-responsive coordination polymers are constructed. Then, structure features containing alignment and distance between olefin bonds and appropriate light conditions are explored systematically. The aim is to study and indicate the mechanism and requirement of light response characteristics, as a guidance to design a new light-responsive material. At the same time, this project also aims to study the recognition and sensing mechanism of specific organic small molecules for light-responsive coordination polymers by fluorescence detection means, which strives to develop potential functional materials for optical probes.

响应性材料可对外界刺激产生快速响应，导致自身结构与性能发生变化，因而具有广阔的前景。本项目旨在设计合成基于碳碳双键的光响应配位聚合物，详细研究其组装机理及其对环境的响应性能。根据Heck反应机理，拟设计合成不同构型的含有碳碳双键及吡啶基团的有机配体，其碳碳双键在光照条件下会发生光致异构，可能出现双键的顺反异构化或者双键之间的[2+2]环加成反应等。该系列配体与不同的金属离子或金属簇单元自组装得到结构新颖的配位聚合物，同时将配体的光响应性引入到配位聚合物中。探讨不同结构配位聚合物中碳碳双键的位置和排列方式，摸索合适的光照条件，总结结构特点-光照条件-光致异构化的相互关系，并指导设计合成新型光响应材料。同时，本项目还将通过荧光检测手段研究该类光响应配位聚合物对环境的响应能力，主要表现在其对不同有机小分子的选择性识别检测，并探索其机理，为开发一些有应用前景的光学探针材料提供理论依据。

目前，空气污染、水污染、工业废水（包括染料废水）污染等问题对大自然有着一定的负面影响，对我们的身体健康或多或少也有非常多的危害，如何才能够更好的解决环境问题所带来的危害，已经得到全球的共同关注。因此，简便高效地检测污染物并有效治理污染是现阶段的一个非常重要而且必要的问题。配位聚合物作为一种新型的分子功能材料，它跨越了化学、材料、生物和晶体工程等多学科领域。因此，深入了解配位聚合物的合成、结构及性能是科研工作者们追求的目标。在该课题的资助下，我们设计合成了一系列含氮有机配体，并引入刚性或 V-型柔性羧酸共配体，成功与过渡或者稀土金属离子调控构筑了一系列穿插或非穿插的配位聚合物材料。一方面，我们研究了Co/Ni基配位聚合物对工业污水中有机染料小分子的选择性吸附及光降解性能研究，并明确了吸附及催化的机理，筛选出几例稳定性良好的有机染料的吸附剂与催化剂；同时，配位聚合物材料已经在小分子、阳离子和阴离子响应识别方面有了一定的应用。本项目详细研究了Zn/Cd或稀土基配位聚合物对有机溶剂，金属离子及阴离子的荧光响应行为、抗干扰能力及响应机理。合成出几例灵敏度高，重复性好及抗干扰能力强的荧光传感材料。该课题是对配位聚合物功能的进一步探索；也是化学、材料、环境和能源的综合交叉和有机融合，具有一定的学术价值。