基于共轭大环分子的多孔有机骨架的设计合成

Porous organic frameworks have emerged as one novel kind of porous materials in recent years. These materials show promising applications in gas adsorption, heterogeneous catalysis, photoluminescent sensors, light harvesting, photocatalysis and energy storage due to their low framework density, large specific surface area, and good chemical-physical stability. This research project focuses on the design and construction of porous organic frameworks using conjugated macrocyclic compounds with inner cavities and rigid backbones as molecular building blocks through several organic synthetic methodologies. The pore size and nature of porous organic frameworks could be modulated through alternating the size, shape and substitute of organic building blocks. According to the principle of topology and considering the affinity between the structure and properties, we expect to construct a series of new porous organic frameworks with given topology and special functionality by rational design and decoration of conjugated macrocyclic compounds and other small organic building blocks. The resulting porous organic frameworks will be used in gas adsorption and photoluminescent sensors. Our goal is to develop new building blocks, synthetic methodologies and systems for the rational design and synthesis of functional porous organic frameworks.

多孔有机骨架材料是近年来出现的一种新型的多孔材料，具有低的骨架密度、大的比表面积、良好的物理化学稳定性，在气体吸附、非均相催化、荧光探针、光捕获以及能量存储等方面展现了良好的应用前景。本项目以多孔有机骨架材料为研究对象，拟将具有孔洞和刚性结构的共轭大环有机分子作为砌块，采用多种有机合成方法引入到多孔有机聚合物骨架中，通过调变有机砌块的尺寸、形状和种类，设计合成具有不同孔结构、性质和较高物理化学稳定性的基于共轭大环分子的多孔有机骨架材料，研究其在气体吸附和荧光探针等方面的应用。依据拓扑学原理，充分考虑结构与性能的密切联系，从结构设计入手，通过对共轭大环有机分子和其他有机小分子的合理设计与修饰，发展设计合成基于共轭大环分子的多孔有机骨架材料的新方法和新体系。

多孔有机骨架材料是近年来出现的一种新型的多孔材料，具有低的骨架密度、大的比表面积、良好的物理化学稳定性，在气体吸附、非均相催化、荧光探针、光捕获以及能量存储等方面展现了良好的应用前景。本项目主要围绕多孔有机聚合物（包括共轭微孔聚合物、超交联聚合物、自聚微孔聚合物和共价三嗪骨架材料）的设计、合成及应用开展研究。我们按照研究计划进行了研究，取得了以下主要的研究成果：（1）开发了Heck反应和Suzuki-Heck串联反应路线合成发光多孔有机骨架材料，并研究了其发光及检测性能；（2）利用酸催化芳基胺与二甲氧基甲烷之间的反应制备了两种基于Tröger’s碱的多孔有机聚合物，研究了其选择性气体吸附、催化、检测等性能；（3）通过一锅法和后修饰法合成了系列离子型多孔有机聚合物，其展现了良好的气体吸附、催化及染料分离性能；（4）通过离子热聚合构筑了一系列苯并咪唑官能化的多孔共价三嗪骨架，它们展现了对低碳烷烃良好的气体选择性吸附能力；（5）设计合成了系列具有金属离子检测、光捕获、硝基化合物检测、二氧化碳储存、光致/热致变色性质的金属-有机骨架材料。本项目的研究涵盖了无机、有机、无机/有机杂化多孔材料的主要研究方向，基本达到了项目预期的研究目标，所取得的成果不仅有助于加强我们对有机多孔材料的认识，更为重要的是为将来以功能为导向的多孔材料的定向设计与合成提供一定的理论基础和实践经验。