基于功能基元的晶态超分子材料的构筑与性能研究

Crystalline supramolecular materials, owing to their unique structures and properties, have shown potential applications in many fields and become a hot topic in crystalline material research. Until now, much attention in supramolecular fields has been attracted to the construction of special self-assembled architecture, while the function-targeted construction of materials is still a great challenge. Aiming at this challenge, a new concept of “functional motifs” has been raised in this project, based on which the functional-targeted construction of crystalline supramolecular materials could be achieved by modifying the arrangement and orientation of the “functional motifs”. Furthermore, the relation between the structure and the properties of the materials could be achieved, which could be instructive for the structure and properties optimization of the materials. The achievements of the project will contribute to the function-targeted construction of crystalline supramolecular materials in both theoretical and experimental manners.

晶态超分子材料具有独特的结构与功能，在诸多领域具有重要的应用前景，是晶态材料研究的热点之一。目前这一领域大部分研究关注于特定结构的构筑，对功能导向的研究相对较少，该领域还存在着很多亟待解决的重要科学问题，如：功能导向晶态材料的定向设计及可控制备问题；功能基元的组装及空间拓展方式问题；功能基元空间排布与材料宏观性能表现之间的关联问题等等。本项目拟围绕这些重大科学问题，提出扩展的功能基元概念，以功能导向的晶态超分子材料的构筑及性质研究为目标，从功能基元的设计出发，改变其在空间中的排布及取向，进而实现材料结构及性能的调控，在此基础上探索和阐明材料性能与功能基元的结构及空间排布之间的关联，分析材料产生特殊性能的机理，总结规律，进一步通过对功能基元结构的调整以及空间排布方式的优化实现材料性能的提升，为功能导向的晶态材料的构筑提供新的理论依据及实验手段。

晶态材料因其独特的结构与功能在诸多领域展现出重要的应用前景，但其功能导向的设计与构筑依然具有挑战性。作为晶态材料组装构筑的重要导向力之一，超分子作用（π-π作用、氢键等）在晶态材料的构筑及结构调控中发挥着重要作用。同时，基于多样的超分子作用类型和组装结构，通过超分子作用形成的结构基元可展现多样的性质，为晶态材料的功能化奠定基础。然而，由于超分子相互作用类型众多，且组分间的相互作用及组装过程受组装条件及其他组分及相互作用的影响复杂，因此该方向的研究依然具有挑战性。在本项目的研究中，我们针对功能晶态材料的结构设计和可控制备问题，提出扩展的功能基元概念，从功能基元的组成和结构设计入手，在晶态材料的合成方法学及结构性能调控两方面开展了工作，发展了基于超分子-配位协同作用的晶态材料构筑及调控方法，构筑了多种具有发光、磁电、识别传感等性能的晶态材料，揭示了相关体系中的结构-性能关系及相应的调控规律。本项目有关研究成果已在Adv. Mater.，Adv. Energy Mater., Mater. Chem. Front., Chem. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, Inorg. Chem. Front.刊物发表SCI收录论文14篇，应邀撰写Coord. Chem. Rev综述文章3篇，获得相关专利授权2项，申请专利8项。总体上，项目成果为功能导向的晶态材料的设计、定向构筑及性能调控等问题的解决提供了科学依据，对推动相关领域的发展具有重要作用，实现了项目预期的研究目标。