离子液体负载型金属-有机框架物的设计合成及其离子导电性能研究

Synthesis of electrochemical device is significance for solving the current energy crisis. Ionic liquid supported metal-organic framework is a potential electrolyte material. How to construct desired ionic liquid supported metal-organic framework with excellent conductivity becomes an urgent issue. This project will systemically study factors that influence its ionic conductivity for the first time. This project will focus on the effect of the pore size, surface polarity, topology of metal-organic framework and the type of ionic liquid on its ionic conductivity, illuminating the relationship of its structure features and ionic conductivity, and constructing desired ionic liquid supported metal-organic framework with excellent conductivity. Then, the Li+ or Mg2+ ions will be incorporated into ionic liquid supported metal-organic frameworks, and their ionic conductivity will be further investigated. Eventually, the purpose of this project is providing the theory basis for the synthesis of novel ion conductive materials, and attaining the ultima goal that constructing desired ionic liquid supported metal-organic framework with excellent conductivity.

设计合成电化学器件对解决当前能源危机具有重要意义。离子液体负载型金属-有机框架物是一种潜在电解质材料。如何定向合成具有优异导电性能的离子液体负载型金属-有机框架物已成为迫切需要解决的问题。本项目首次系统研究影响离子液体负载型金属-有机框架物的导电性能的因素。主要研究金属-有机框架物的孔径尺寸、表面极性、拓扑结构以及离子液体的类型对该材料的导电性能的影响，阐明其结构特点与导电性能的关系，设计合成具有优异导电性能的离子液体负载型金属-有机框架物。将锂离子或镁离子引入到该新型导电材料中，进一步研究其离子导电性能。为新型离子导电材料的制备打下理论基础，达到定向合成具有优异导电性能的离子液体负载型金属-有机框架物材料这一终极目标。

对已报道的Zr基金属-有机框架物材料优化合成及其负载离子液体导电性能研究，通过改变有机配体合成了UIO-66和UIO-67等，并且将咪唑类离子液体通过研磨法和浸渍法负载于MOF孔道之中，合成了离子液体负载型金属-有机框架物，并研究了其质子导电性，研究结果表明其具有良好的质子导电性，合成的ILs@UIO-66材料质子传输为Grotthuss机理。其中在RH=99%时，复合物EMIMAc@UIO-66的导电率为2.4×10-2 S/cm，远大于UIO-66（7.54×10-6 S/cm）。此外，合成了系列具有不同配体官能团和骨架的有机配体，通过与金属离子自组装，得到了5个新型金属-有机配合物，通过x射线单晶衍射表征其晶体结构，并研究了其拓扑类型、荧光性能及气体吸附性。本课题研究的开展部分实现了对离子液体负载型金属-有机框架物的组装过程的策略性控制，丰富了金属-有机框架物结构的性能，培养了具有配位化学知识能力与经验的研究人才。