应用差异性金属离子掺杂方法进行配位聚合物多功能材料设计研究

Doping is a bridge for normal compounds becoming new materials. Doping with very different metal ions has found some applications in modification of inorganic oxides, however, there is no any report for doping with very different metal ions in the study of metal coordination polymers. This project aims at multi-functionality of new materials, with active motivation, plan to use the methodology of doping with very different metal ions to study new metal coordination polymers. Doing transition metal ions into lanthanide-based coordination polymers and doping bismuth/lanthanides to transition metal-based coordination polymers. Due to the huge difference between metal ions, such as big differences in ionic radius, oxidation states and coordination numbers of metal ions, one can predict that the compound structures will have serious defects and distortion, even lead to novel phases after doping with very different metal ions, therefore, is good for finding new special structures. In addition, doping with very different metal ions introduces with motivation a novel functional center, thus brings novel functions to targeted coordination polymers, and in the meantime, activating, tuning and optimizing original physical and chemic properties of coordination polymers. Study in depth on their optical, electric and magnetic properties and the relevance among these properties. Under the premise of summary of the feedbacks, purposefully induce mutual influence and transformation of these properties (magneto-optic materials, multiferroics and photovoltaic materials). Design and improve one or more series of multi-functional materials with practical application potentials and summarize the general regularity knowledge and role nature of doping with very different metal ions in this field.

掺杂是普通化合物蜕变到功能材料的桥梁。差异性金属离子掺杂仅仅在无机氧化物改性研究中有应用报道。本项目以材料的功能导向为目标，拟把差异性金属离子掺杂方法应用到配位聚合物的研究中，对稀土配位聚合物掺入过渡金属离子和对过渡金属配位聚合物掺入铋或者稀土离子。由于金属离子之间的巨大差异性，包括离子半径不同，氧化态不一样，金属离子配位数有差别，预计掺杂后的配位聚合物会有很大的结构缺陷和畸变，甚至发生相变，有利于发现新的特异结构。另外，这种掺杂有目的地引入新的功能金属离子，赋予目标配位聚合物崭新功能，并且同时激活、调控和优化了配位聚合物原有物理和化学性质。深入研究它们的光、电、磁等性质的关联性，有目的地诱导这些物理性质之间的相互制约和相互转化（磁光效应、电磁耦合、光电转化等），设计和开发一个或者若干具有应用前景的多功能新材料体系，深入揭示差异性金属离子掺杂方法应用于多功能配位聚合物的设计规律和作用本质。

掺杂是普通化合物蜕变到功能材料的桥梁。差异性金属离子掺杂仅仅在无机氧化物改性研究中有应用报道。本项目以材料的功能导向为目标，拟把差异性金属离子掺杂方法应用到配位聚合物的研究中，对稀土配位聚合物掺入过渡金属离子和对过渡金属配位聚合物掺入铋或者稀土离子。由于金属离子之间的巨大差异性，包括离子半径不同，氧化态不一样，金属离子配位数有差别，预计掺杂后的配位聚合物会有很大的结构缺陷和畸变，甚至发生相变，有利于发现新的特异结构。另外，这种掺杂有目的地引入新的功能金属离子，赋予目标配位聚合物崭新功能，并且同时激活、调控和优化了配位聚合物原有物理和化学性质。深入研究它们的光、电、磁等性质的关联性，有目的地诱导这些物理性质之间的相互制约和相互转化（磁光效应、电磁耦合、光电转化等），设计和开发一个或者若干具有应用前景的多功能新材料体系，深入揭示差异性金属离子掺杂方法应用于多功能配位聚合物的设计规律和作用本质。.在本项目资助下，一共发表研究论文33篇，送交申请专利8项，等待授权。在研究的材料性能方面主要集中在光催化剂、吸波材料、锂离子电池负极材料等，通过金属离子掺杂，改善了材料的禁带宽度，拓宽了新材料的吸光范围，提高了新材料的导电性，有效提高了新材料的光催化性能和锂离子电池的比容量已经充放电循环稳定性。另外，也通过各种复合技术，增强了复合材料对电磁波的吸收和在极端条件下的稳定性。所有以上的研究对新材料的潜在应用具有指导作用。