受限微空间内金属有机分子组装体的制备和发光性能研究

The self-assembly systems which have multiple component and functions widely exist in the nature. However, building such system and endowing it special functions via chemical method is a very challenging subject. Based on our preliminary work, herein, we propose that preparing a novel functional fluorescent material by combining organic molecules self-assembly and nano-scale microreactor. First, we would design various amphiphiles which contain aromatic coordinating groups. Then, the amphiphiles will be co-assembled with inorganic silicate source to get a hybrid material which is constructed by the nanochannel and micelle confined in it. Last, metal ions will be introduced into the self-assembly system to form a metal-organic self-assembly hybrid material. Due to the fluorescent property of amphiphiles and the fluorescence resonance energy transfer process, we could get series fluorescent materials with different emission wavelength and sensing properties. Through the operating of this project, one hand we could develop a facial method prepare fluorescent materials and even other functional materials; the other hand, it is beneficial to explore some important basic problems, such as the self-assembly process in confined space, interactions and energy transfer between molecules and so on. It also will provide valuable reference to the fabrication of other advanced materials.

具有多组元，多功能集成的自组织体系广泛的存在于自然界中，然而，利用化学合成手段来构建这类材料，并赋予其预期的功能，是一项富有挑战性的课题。基于已取得的初步研究结果，我们提出将双亲金属有机分子自组装体与纳米尺度的受限微空间相结合，构建具有光致发光性能的新型功能材料的设想。即设计合成含有芳香族配位基团的双亲分子，将其与无机硅源共组装，得到束缚于氧化硅纳米孔道内的组装体系；而后通过配位作用在孔道内形成金属有机分子组装体。利用组装体的发光性质以及受限空间内的荧光共振能量转移过程，制备具有不同发射波长和传感特性的荧光材料。通过该课题的实施，一方面可使我们探索出一套简单有效的方法来构建一系列发光功能材料，发展成为一种制备新功能材料的普适方法；另一方面，这一结构体系的建立也将有利于对受限空间内分子的组装行为，分子间的相互作用与能量传递等重要的基础性问题进行研究，为其他先进材料的制备提供有价值的借鉴。

具有多组元，多功能集成的自组织体系广泛的存在于自然界中，然而，利用化学合成手段来构建这类材料，并赋予其预期的功能，是一项富有挑战性的课题。在本课题中，我们将双亲金属有机分子自组装体与纳米尺度的受限微空间相结合，构建了具有发光，传感和高效催化性能的新型功能材料。即设计合成了含有喹啉、联吡啶、邻菲啰啉和苯并咪唑等芳香族配位基团的双亲分子，将其与无机硅源共组装，得到束缚于介孔氧化硅纳米管道内的组装体系；而后通过配位作用在孔道内形成金属有机分子组装体。此类复合组装材料表现出三方面的性质：第一，利用喹啉组装体的发光性质以及受限空间内的荧光共振能量转移过程，我们制备了具有不同发射波长和传感特性的荧光材料。这些荧光材料可以对Al3+，Fe3+，Cr3+，Ru3+，Au3+等正三价离子进行定性区分，并且得到可视化的传感效果。同时，此类荧光材料可与高分子复合，进一步形成荧光高分子材料，并对磷酸根和焦磷酸根两类阴离子进行检测。第二，利用联吡啶类双亲配体，可以与Fe2+离子产生定向吸附。进一步通过亚铁金属有机双亲分子在受限空间内的裂解沉积，制备了负载有高分散性氧化铁原子簇。此类介孔复合材料对Fenton反应表现出超高催化活性，可以降解浓度高达400ppm的染料污水，并实现98%的降解效率。第三，通过二茂铁双亲分子组装体在介孔空间内的还原过程，可以得到负载有贵金属Au和Pd纳米颗粒的介孔材料。纳米颗粒在孔道中呈高分散状态。这两类材料分别对加氢还原反应和Suzuki反应表现出高效的催化活性，其性能明显优于常规浸渍法制备的催化材料。综合以上结果可以看出，通过该课题的实施，一方面可使我们探索出一套简单有效的方法来构建一系列发光功能材料，发展成为一种制备新功能材料的普适方法；另一方面，这一结构体系的建立也将有利于对受限空间内分子的组装行为，分子间的相互作用与能量传递等重要的基础性问题进行研究，为其他先进材料的制备提供有价值的借鉴。