生物金属有机框架材料及其限域空间主客体化学研究

We propose to use biological molecules and second ligands as a mixed-ligand strategy to explore the controlled syntheses, structures and properties of porous biological matel-organic frameworks (BioMOFs) and study the host-guest chemistry and mass, charge and energy transfers and reactions in the confined space of the bioMOFs. We expect to obtain some chemical and biological effects (molecular recognition, catalysis, sensing and probe) from these bioMOFs. Means like crystal structure determination, functionality measurement and theoretical calculation will be employed to explore the relations between micro-structures and macro-properties, the interactions between molecules or molecular units and their influences on structures and properties. Porous bioMOF materials with advanced functions will be developed based on the study. The project combines periodical crystalline and bio-inspired materials and will shed light on the far-reaching fields of crystal engineering, functional self-adaptive and MOF materials, solid state chemistry and host-gest chemistry.

本项目拟采用生物分子和第二配体一起作为混合配体的策略，系统地开展生物金属有机框架（BioMOF）多孔材料的可控合成、结构及性能研究，重点探索在多孔材料限域空间内主客体化学、质荷及能量传递和反应，期待从这些BioMOF获得各种化学及生物效应（如分子识别、光催化、传感、探针等方面）。通过晶体结构的解析和功能的表征，借助理论化学计算，理解多孔BioMOF材料微观结构与宏观功能之间的关系，掌握分子间或分子基元之间相互作用对于结构及性质的影响规律，在此基础上筛选具有先进功能的BioMOF多孔材料。本项目将周期性的晶态材料和仿生巧妙的结合起来，系统探索合成、结构和性能等方面的科学问题，寻找构筑自适应性材料的新方法，拓宽了多孔材料研究的新思路，为更加深入地研究固体化学、主客体化学提供新的途径。

本项目采用通过选择设计特定的有机配体（包括与生命过程密切相关的生物分子），必要时引入第二配体作为混合配体的策略，选择合适的金属离子，系统地开展超分子组装体/生物金属有机框架（BioMOF）多孔材料的可控合成、结构及性能研究，构筑合成得到一系列具有特定孔洞/孔道的金属有机框架，建立了一系列合成策略，构筑大量具有特殊结构特别是限域框架的超分子配位组装体或框架材料，并从中筛选获得一些具有特殊功能的晶态超分子材料。重点探索在多孔材料限域空间内主客体化学、质荷及能量传递和反应，获得晶态超分子材料的各种化学及生物效应（如光致发光、吸附分离、识别传感、选择催化和仿生等方面）。通过晶体结构的解析和功能的表征，借助理论化学计算，理解晶态超分子材料微观结构与宏观功能之间的关系，掌握分子间或分子基元之间相互作用对于结构及性质的影响规律，筛选了一批具有先进功能的BioMOF多孔材料。在以下几个方面，取得了系列的研究成果：建立分离新机制，实现能源气体的绿色高效分离；生物金属有机框架的主客体化学与超分子手性；基于超分子配位化学原理的框架限域空间内的催化反应；超分子配位组装体及其发光、传感功能和框架材料限域空间的储能应用。本项目巧妙地将周期性的晶态材料、仿生材料和多孔框架的主客体化学结合起来，系统探索合成、结构和性能等方面的科学问题，寻找构筑自适应性材料的新方法，拓宽了多孔材料研究的新思路，为更加深入地研究配位化学、固体化学和超分子化学提供新的途径。发表论文110多篇，培养了一批青年学术骨干、博士后和研究生。