金属-有机框架中多尺度微纳空间的可控构筑及其功能化研究

Owing to their unique components, structures, and properties, metal-organic frameworks (MOFs) have revealed potential applications in many fields. The readily tailorable pore structure of MOFs make them good candidates for performances targeted constructions, however, the uniform pore dimension may also limit their performances in mass transfer related applications. Aiming at this problem, a new method has been raised based on the introduction of multi-scale micro-nano space into MOFs toward the improvement of their performances. To achieve this goal, the organic ligands, which is one of the fundamental building blocks of MOFs, was selected as defections introducing motif, which may further benefit the accuracy of construction and modulation process to result in lower dimension limit of the space and prevent the destruction of the framework structure. Based on all these advantages of this method, the targeted construction and functionalization of multi-scale micro-nano space in MOFs could be expected. In this project, we will focus on the construction and properties investigations of the micro-nano space in MOFs. In addition to the exploration of new methods for targeted construction and modulations, much effort will be made on the systematic research of the storage and separation, catalysis, sensing, and drug delivery properties of the resulted materials to illustrate the effect of micro-nano space on the performance of the MOFs. The achievements of the project will contribute to the performances targeted construction of MOFs materials in both theoretical and experimental manners.

金属-有机框架（MOFs）材料因其独特的组成、结构和性质而在众多领域展现出良好的应用前景。MOFs材料多样且易于调控的孔道结构使其便于实现功能导向构筑，但是一般MOFs框架中单一的孔道结构限制了该类材料物质传输能力及相关性能的进一步提升。针对该问题，我们提出了以作为MOFs构成基元之一的有机配体为空间缺陷引入位点，在MOFs中构筑多尺度微纳空间以提升材料性能的方法，可在提高构筑反应精度的同时，降低可控微纳空间的尺寸下限，避免骨架的整体破坏，进而实现微纳空间多尺度可控构筑与功能化的目标。在本项目中，我们将基于该方法开展MOFs中多尺度微纳空间的构筑及功能化研究，在探索MOFs材料中多尺度微纳空间的构筑及调控方法的基础上，系统研究该类材料在吸附分离、催化、识别传感、药物输运等方面的性质，总结归纳微纳空间的引入对材料性能的影响，为MOFs材料的功能导向构筑提供新的理论依据和实验手段。

金属-有机框架（MOF）因基于配位键的无机-有机杂化组成和长程有序晶态特性而展现出独特性质，是近年来化学、材料领域研究的重点。在MOF材料中，孔结构尺寸和孔表面性质可通过有机配体骨架尺寸和取代基修饰进行调控，但孔道尺寸的控制范围受到框架结构和配体骨架结构的限制。因此，向MOF框架中引入额外的中孔、大孔等多尺度微纳空间结构是实现材料结构及性能调控的有效方法。为充分发挥MOF的结构及性能优势，通过发展更为普适和便捷的多尺度微纳空间构筑和调控的新方法实现材料性能的提升和拓展，对于MOF材料的研究和应用具有重要意义。.在本项目的研究中，我们针对MOF中多尺度微纳空间的构筑和调控问题，从多尺度微纳空间体系设计、多尺度微纳空间构筑与调控方法、具有多尺度微纳空间MOF材料的性质研究等方面开展了工作，探索并了基于四嗪骨架配体分解反应、基于三嗪骨架配体MOF热分解反应等的多级孔MOF体系，系统研究了MOF中基于共价键、配位键等断裂构筑晶体缺陷及多级孔结构的影响因素，发展了相应的调控方法，并研究了所获得的多级孔材料的气体吸附分离、染料吸附、选择性氧化脱硫等性质。此外，我们还在研究中拓展了多尺度微纳空间的概念，提出了将基于缺电子分子和富电子分子构筑的电子给-受体（Donor-Acceptor，D-A）基元作为微纳尺度结构及功能基元引入MOF体系构筑功能晶态MOF的新思路，实现了具有高度可调光、电性质的晶态材料平台的构筑。.项目执行期间,取得的相关研究成果发已在Adv. Mater. ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表论文19篇，申请专利9项，3项已授权。项目执行期间培养了一批博士后、研究生等专业人才。总体上，项目相关成果对相关领域研究人员深入理解MOF中功能微纳空间的构筑与性质提供了有价值的参考，具有重要的学术价值，实现了项目预期的研究目标。