具有微孔、介孔和大孔的多级孔MOF材料的设计合成与应用研究

This project is going to design and syntheze a series of thermal stable MOFs with the porosity ordered at all length scales. In order to make sure that the hierachical porous materials obtained have enough higher thermal stability, we choose the most stable MOFs discovered so-far in the world for realizing the purpose. By using suitable synthetic strategies and with the help of some templates, the hierachical materials with their micropores from the basic MOFs (< 2 nm), meso-pores sized (5-50 nm) and macropores (over 60 nm) could be obtained. Moreover, such hierachical porous materials based on MOFs ordered at all length scale can be then decorated with their meso- and macropores for different adsorbants of some gaseous or liguid molecules, drug, protein molecules or some catalysts and enzymes with which supported for applications in the chemical catalysis.

本项目旨在设计合成热稳定性优良，包含有微孔、介孔和大孔的MOF型多级孔材料。为了确保所设计合成的多级孔材料的稳定性，研究着眼的MOF是目前已经发现的热稳定性最好的微孔MOF；应用恰当的合成手段，借助于模板剂的作用，使得所获得MOF包含有微孔（小于2nm），介孔（5－50nm）和大孔（大于60 nm）的多级孔材料。这样的多级孔材料一方面克服了通常应用纤细配体所形成的MOF无法达到无机介孔材料孔径的难题，同时在经过有目的性的修饰后使得其介孔和大孔成为加强对特定吸附质吸附功能进行化修饰的空间，从而可以实现该类多级孔材料在多方面的应用：诸如某些气体和液体分子的选择性吸附分离，药物分子的吸附分离，蛋白大分子的吸附分离，催化剂乃至生物酶大分子的担载等。

MOF作为新型多孔材料，具有超过2nm孔径和结构多样性及可修饰性特点，在气体吸附，分子分离，药物担载登诸多领域展现潜在的应用前景。然而，随着MOF孔径的增大，其稳定性随之降低，使得孔径大于5nm的MOF难以获得。本项目旨在设计合成热稳定性优良，包含有微孔、介孔和大孔的MOF型多级孔材料。为了确保所设计合成的多级孔材料的稳定性，研究着眼的MOF是目前已经发现的热稳定性最好的微孔MOF；应用恰当的合成手段，借助于模板剂的作用，使得所获得MOF包含有微孔（小于2nm），介孔（5－50nm）和大孔（大于60 nm）的多级孔材料。这样的多级孔材料一方面克服了通常应用纤细配体所形成的MOF无法达到无机介孔材料孔径的难题，同时在经过有目的性的修饰后使得其介孔和大孔成为加强对特定吸附质吸附功能进行化学修饰的空间，从而可以实现该类多级孔材料在多方面的应用：诸如某些气体和液体分子的选择性吸附分离，药物分子的吸附分离，蛋白大分子的吸附分离，催化剂乃至生物酶大分子的担载等。. 根据以上在基金申请时所制定的研究计划，我们通过另一种途径，即：利用稳定优良的MOF纳米粒子为构筑单元，通过构建稳定的纳米MOF粒子间介孔的方法，成功地以目前世界范围内已发现的最稳定MOF种类MIL-53, MIL-100, MIL-101, MIL-110, MIL-88, DUT-4, DUT-5,HKUST-1, ZIF-8等为基质（matrix），获得了基于以上MOF纳米粒子（晶体）粒子间介孔和大孔的多级孔（monolith）整体材料。我们将其命名为IPD-mesoMOFs(interparticle porosity domonated mesoMOFs)。研究成果中已有9个IPD-mesoMOFs获批美国专利，已发表论文和待发表论文各一篇，还有若干涉及应用的成果研究正在进行中。