配位聚合物多孔材料的气体吸附分离纯化研究

As a new type of porous materials, porous coordiantion polymers have the advantages of structural diversity, desiganability and tailorablity, high surface area, and framework flexibility. To promote the application of these materials, this project will utilize their unique structures and properties for environment and industry related applications such as separation and purification of small-molecular hydrocarbons and carbon dioxide capture. Knowedges and techniques such as crystal engineering, supramolecular chemistry, and computational simulation will be combined to desigen and synthesized new porous coordination polymers and search potential materials from known structures. Besides conventional single-component gas adsorption measurements, multicomponent gas adsorption and separation especially in the appliation related environments will be carried out. The mechanisms of adsorption and separation and structure-property relationships of related materials will be also studied to provide useful information for promoting related applications.

作为一种新型多孔材料，多孔配位聚合物具有结构多样化、易设计调整、高比表面、框架柔性各种优势。为推动相关材料迈向实际应用，本项目拟利用其独特结构与性质，针对小分子碳氢化合物的分离纯化与二氧化碳捕获等与环境、工业密切相关的节能应用，结合晶体工程、超分子化学和计算机模拟等设计合成新型多孔材料或从已知结构中筛选性能优异的多孔材料，不但进行常规的结构与单组分吸附性能表征，还要加强多组分混合物，尤其是实际应用环境中的气体吸附与分离研究，同时深入探讨多孔配位聚合物的吸附分离机理和构效关系，为相关材料和应用迈向实用化提供理论和实践依据。

作为一种新型多孔材料，多孔配位聚合物具有结构多样、易设计调整、高比表面、框架柔性等各种优势。为推动相关材料迈向实际应用，本项目针对小分子碳氢化合物的分离纯化、二氧化碳捕获等与环境、工业密切相关的节能应用，结合晶体工程、超分子化学和计算机模拟等手段，设计合成了一些新型多孔材料，除了常规结构与单组分吸附性能表征，还改进了测试设备用于混合物吸附分离的定量测试，并考虑了实际应用环境中的复杂成分。同时，利用原位光谱与结构表征以及计算机模拟深入探讨了相关吸附分离机理，系统分析了柔性与吸附分离的构效关系。较重要的研究成果包括：（1）改进了气体混合物穿透实验装置，实现了吸附量与吸附选择性的定量测试，鉴定出开孔型柔性多孔材料对丁烷/异丁烷的类分子筛吸附分离中的微量共吸附；（2）发展了动力学控制门控孔道理论，提出了一些理性调控门控能垒的策略，实现了高效丙烯/丙烷动力学分离和二氧化碳/甲烷和二氧化碳/氮气分子筛分离；（3）提出并验证了中间尺寸分子筛概念，实现了复杂混合物中苯乙烯的高效纯化；（4）超疏水多孔材料的设计合成与性质调控；（5）表面二维多孔氢键网络和配位聚合物的合成、转化与分子识别；（6）发现了多孔配位聚合物中吸附/脱附导致的部分有序-无序晶体到晶体结构变化。研究成果在Acc. Chem. Res.、Nat. Mater.、Natl. Sci. Rev.、Sci. Bull.、Research、Chem.、JACS、Angew. Chem.、CCS Chem.等权威期刊发表论文30余篇。