功能钒氧簇合物的离子热构建及其在烯烃环氧化中的催化应用

Functional vanadium oxygen clusters will be synthesized by ionothermal method on the basic of molecular design and crystal engineering. The designable imidazolium can not only act as solvent and template，but also act as charge compensating species and catalyst promoter to form the imidazolium vanadium oxide clusters with potentially catalytic properties. The multi-dimension porous vanadium oxide cluster-based solids will be constructed through the introduction of organic ligands and other metal ions. The products will be characterized by structure analysis and their physical/chemical properties will be investigated. The catalytic performance for the epoxidation of olefins as well as the relationship between the structures and properties will be explored. The detailed information and the routes for synthesizing vanadium oxide cluster compounds will be used to develop new vanadium oxide based catalysts with potential application and could provide technical reserve for materials science and technology.

本项目从分子设计和晶体工程出发，采用离子热合成法构建功能钒氧簇合物。易于设计的咪唑鎓盐离子液体，不但可以作为溶剂和模板，而且可以作为电荷补偿离子和催化功能促进剂参与构筑具有潜在催化性能的新型咪唑鎓-钒氧簇化合物；在此基础上通过有机配体和新金属离子的引入将合成工作深入到多维多孔的钒氧簇基固体。完成产物的结构分析、物理及化学性能的基础研究，系统开展对烯烃环氧化反应的催化性能研究。探讨组成、结构与性能之间的关系及影响因素，优化构筑指标开展可控组装，期望制备对烯烃环氧化反应具有开发应用前景的新型钒氧化物催化材料，为材料科学提供技术储备。

钒的氧化物是化学工业中最佳的催化剂之一，开展新型钒氧簇化合物的设计组装与催化性能研究是多酸化学的前沿课题之一。本项目围绕新型钒氧簇化合物的设计和性能研究开展工作。项目通过离子液体作为溶剂，为钒氧簇化合物的生成提供模板和抗衡离子，并通过配体和过渡金属离子的引入，构筑了系列基于钒氧笼状结构的有机-无机杂化化合物；通过进一步引入砷原子，构筑了系列砷钒杂化笼状簇合物，结果表明离子液体在化合物的结构和性能中均起到了至关重要的作用，通过离子液体取代基团的系统变化详细研究了其对性能的影响；在水热条件下，成功构筑了系列同时含有三种杂化元素的砷钼钒三元簇合物；利用三钒取代的经典Dawson结构为原料成功构筑多维结构，获得了同时含有钒、钨、稀土元素的多酸金属有机框架。对所得化合物进行了结构表征和磁性质、光催化降解染料和电化学性能的研究，详细分析总结了具有不同烷基链长度的离子液阳离子对于产物的结构导向作用，系统考察了目标产物对烯烃环氧化等有机反应的催化活性，探讨了研究体系中结构组成与磁性、催化性能之间的规律及影响因素，研究结果丰富了定向合成的经验积累，为新型多酸功能材料的研究和开发提供了有价值的理论参考和技术储备。