微孔咪唑酯骨架材料的构筑及其吸附性能的研究

研制和开发功能型多孔金属有机骨架材料实现气体的储存和分离具有重要的科学意义和实用价值。本项目基于咪唑去质子化与金属离子组装多孔的分子筛咪唑酯骨架材料的特征，以4-咪唑基团形式将咪唑的去质子化特征引入到芳香环中，设计一系列具有大骨架、高对称的含4-咪唑基有机配体；利用4-咪唑基去质子特征，结合化学自组装技术构筑具有良好热、化学稳定性以及高比表面积、结构新颖的微孔咪唑酯骨架材料。考察多孔骨架材料的热和化学稳定性，对多孔材料的气体吸附能力进行测定；采用非弹性中子衍射、变温红外光谱等多种实验表征手段，结合巨正则系综蒙特卡罗模拟计算方法，对多孔材料的吸附性质进行研究，阐明4-咪唑基构筑的多孔配合物吸附机理。本项目的研究，不仅可制备出一系列具有气体储存和分离性能潜在应用价值的多孔骨架材料；更重要的是，为4-咪唑基配体这个全新体系的进一步研究提供新思路，拓展了新的研究领域。

设计合成了新颖的不同有机配体以及功能团修饰的有机配体，通过与不同的金属中心自组装构筑系列金属－有机骨架材料。系统研究有机溶剂、模板剂、配体的修饰等条件对产物结构、性能的影响；并对部分化合物进行了磁学、荧光及吸附性能研究。主要结果如下：（1）设计合成了含4-咪唑基和羧酸基团的双功能基团分子，利用4-咪唑基和羧酸基团良好的配位性能，与金属镉和铜离子进行配位聚合物的组装。部分配合物具有较高的比表面积和良好的气体吸附性能，是一种潜在的二氧化碳气体的存储材料。该研究结果发表在Cryst. Growth. Des. 2014, 14, 3727。（2）设计合成了含4-咪唑基和四氮唑基为有机配体，与羧酸类配体和硫酸锌自组装构筑了一系列基于多氮结构基元的金属锌有机-无机骨架材料，所构筑的多孔材料相对于氮气和氢气展现出了高的二氧化碳选择性吸附，研究结果发表在Cryst. Growth. Des. 2016, 16, 229。（3）以含间位的4-咪唑基和四氮唑配体与羧酸配体，构筑了具有不同拓扑结构的系列金属镉中心有机配位聚合物。该研究结果发表在CrystEngComm.2013, 15, 5713。（4）以4-咪唑基团的配体与金属镉和锌作为金属源，构筑了两个多孔的配位聚合物，考察多孔材料对气体吸附能力，结合巨正则系综蒙特卡罗模拟计算方法，对多孔材料的吸附性质进行研究，阐明4-咪唑基构筑的多孔配合物吸附机理。该研究结果发表在Dalton Trans. 2014, 43, 6012。（5）合成的亚胺类具有金属离子识别功能的有机配体，研究对金属离子具有识别作用，该研究结果发表在Spectrochim Acta A: 2015, 149, 83；Spectrochim Acta A: 2016, 157, 6和Inorg. Chem. Commun.,2015, 62, 19。（6）基于4-咪唑配体与羧酸类配体，与不同的金属盐，在外界调控下，构筑的金属有机骨架化合物，发表在Z. Anorg. Allg. Chem.;J Solid. State. Chem.等期刊上。本项目的研究，制备了一系列具有气体储存和分离性能潜在应用价值的多孔骨架材料，实现了用4-咪唑基配体体系来构筑新的金属有机配合物。目前，研究工作在期刊上发表了SCI检索论文16篇，获得省自然科学技术三等奖一项。