具有高效染料降解功能的配位聚合物(POMs-MOFs)的设计与可控制备

In this project, we will design and synthesize series of novel two-dimension or multi-component POMs-MOFs by introducing Keggin-polyoxometalates (Keggin-POMs) anions based on the highly designable MOFs. Meanwhile, the project will mostly concentrate on well-ordered self-assembly synthetic method to achieve target structure. Furthermore, the photocatalytic degradation efficiency of POMs-MOFs system for different dyes was investigated in order to optimize the POMs-MOFs. According to POMs special properties in POMs-MOFs systems that exhibit rich redox and photoactivity, we will research in the potential applications in degradation of dye molecules, and study the function and mechanism of photocatalytic degradation of POMs-MOFs in the water system through experiments and theoretical calculations, which provide experimental and theoretical evidence for the elimination of organic dyes.

本项目利用MOFs的可设计思想，引入Keggin型多酸进入体系，进一步构筑新型二维或三维POMs-MOFs的聚合物，发挥其二则的优点。采用有序自组装的合成方法，获得可控的目标结构，是本项目的重点研究内容。同时研究POMs-MOFs体系对不同染料的光催化降解效率，以优化筛选出高效的POMs-MOFs框架化合物。由于POMs-MOFs的聚合物中POMs的氧化还原性质和光催化性质，可通过实验和理论计算进一步研究POMs-MOFs在水体系中对染料分子的光催化降解功能及机理，为水体系中有机污染物的消除，提供实验及理论依据。

杂多酸在光催化降解方面具有独特的优点(条件温和性能稳定；可设计可调控；协同性好，光解效率高)，但其较好的溶解性，限制其回收，且能酸化水体。金属-有机框架(MOFs)是所持有的高度有序的具有孔道结构的类分子基材料，是一类理想的POMs担载剂。若能将多酸和有机配体，实现POMs与MOFs两个领域的完美结合，即通过金属离子的配位键，形成更加稳定的多酸基金属有机框架晶态材料(POMs-MOFs)，可克服组分各自的缺点，实现功能叠加效应。. 本项目拟利用MOFs的可设计思想，在杂多酸体系，引入系列刚性的羧酸和含N刚性有机配体，运用晶体工程学原理，采用有序自组装的合成方法，以期获得新型二维或三维POMs-MOFs的聚合物，并利用其兼顾“二者”的优点，实现其在气体吸附，有机污染物吸附及水中重金属等环境污染物识别吸附功能研究，是本项目的重点研究内容。通过条件试验，成功获得了12种MOFs材料，功能性研究结果表明，这些MOFs在分子磁性、有机染料分子吸附、重金属离子快速检测、发光材料等领域有潜在的应用前景。同时，初步研究结果表明，在杂多酸体系中，体系pH对构筑POMs-MOFs有较大的影响；此外，在中性偏弱碱条件下，可选用适当体积大小的POMs做模板，促进多孔MOFs的形成。. 本项目执行期间，在Inorg. Chem.、CrystEngComm.等SCI源刊上以第一作者或通讯作者发表SCI学术论文6篇，并对具有应用前景的具有磁性的MOFs材料申请发明专利1项；对所获得其它MOFs及配位聚合物在气体吸附，有机污染物识别及水中重金属等做了功能研究。项目期间，培养硕士研究生4名，其中2名已毕业。