高核稀土-钛氧簇合物的合成与光催化性能研究

This project will study the synthesis and photocatalytic properties of highnuclearity lanthanide−titanium-oxo clusters (LTOCs). Base on the research of this program, a series of high-nuclearity LTOCs will be prepared base on anion-template method and step-by-step assemble strategy. By analyzing the crystal structures of the LTOCs, we will investigate the effect of the charge, shape and size of anions and reaction conditions on the structures of LTOCs and explore the controllable methods on the synthesis of LTOCs. The high resolution mass spectrometry will be used to detect the intermediate products and to explore formation mechanism of highunclearity LTOCs, for helping the design and synthesis of LTOCs with specific structure and function. The photocatalytic CO2 reduction and water splitting of the LTOCs will be measured and the relationship between the structures and photocatalytic properties of the high-nuclearity LTOCs will be inverstigated. This project will provide a help for designing rational design of cluster-based molecule highly effective catalysts.

本项目拟开展高核稀土-钛氧簇合物的合成与光催化性能的研究。拟利用阴离子模板法与分步组装法合成高核稀土-钛氧簇合物，通过深入研究高核稀土-钛氧簇合物的晶体结构，探索高核稀土-钛氧簇合物的可控合成方法；利用高分辨质谱研究稀土-钛氧簇合物的形成过程，探讨稀土-钛氧簇合物的形成机理，为特定结构与功能的稀土-钛氧簇合物的设计合成提供帮助；研究高核稀土-钛氧簇合物的光催化还原CO2、光催化分解水等反应的催化性能，提高对稀土-钛氧簇合物的结构与催化性能之间构效关系的认识，为设计合成具有高光催化活性的稀土-钛氧团簇材料提供实验依据。

稀土-钛氧团簇不但具有漂亮的分子结构，而且具有优异的光、电和催化性能。然而由于合成上的困难，稀土-钛氧团簇的有效制备一直是配位化学的挑战课题。本项目主要开展了稀土-钛氧团簇的合成策略、组装规律与光催化性能的研究，并把相关的合成方法扩展到了其他的稀土-过渡金属团簇体系。主要成果与创新点如下：1）利用高分辨质谱研究了稀土-钛氧团簇的组装规律，探讨了稀土-钛氧团簇的形成机理。2）提出了模块基元组装策略制备高核稀土-钛氧团簇及稀土团簇，并基于此制备了系列不同结构的团簇。3）探讨了稀土-钛氧团簇的光催化性能，通过金属-金属及金属-配体间的协同效应实现了团簇的高效催化性能。这些研究结果不但对今后合理的设计合成特定结构的稀土-过渡金属团簇具有一定的指导意义，而且对于开发稀土-钛氧团簇功能材料提供了丰富的实验基础。在本基金的资助下，共发表（共同）通讯作者论文38篇(包括2篇J. Am. Chem. Soc.、2篇Angew. Chem. Int. Ed.、1篇Natl. Sci. Rev、1篇Matter、3篇Sci. Chin. Chem.、1篇Science Bulletin、2篇Chem. Commun.、11篇Inorg. Chem. 1篇Coord. Chem. Rev.等)。基于本项目的部分研究成果，申请人获得了教育部自然科学一等奖（排名第二）。