基于M2L2/M2L构筑基元的孔径可调吸附位可优化的互穿型金属-有机框架材料的设计合成

Metal-organic framework (MOFs) can be designed to achieve the adjustion of the pore sizes and topologies, and realize the functional modification of the surface chemistry introdued by special functional groups. Therefore, MOFs show a promising application prospects in many fields such as the gas storage and separation, fluorescence detection, heterogeneous catalysis, etc. Based on structurally adjustable, easily functionalized and highly stable binuclear compounds of M2L2/M2L with vanilla aldehyde/pyridine/imidazole regarded as terminal coordination groups as Second building units (SBUs), this project builds a series of interpenetrating MOFs materials with variable pores and special functional groups on the surface of inner pores through self-assembly of the SBUs or the reaction between SBUs and aromatic polycarboxylate. Exploring the synthetic conditions of ligands and the resulting MOFs with high stability, the control strategies of structure and size as well as the rule of surface modification for pore in MOFs. The properties of adsorption and separation, and guest exchange and adsorption for one component or binary mixed gases (such as CO2/N2 and CO2/CH4, etc.) are explored via rational use of MOFs pores, revealing the adsorption and separation mechanism, and further systematically researching the structure-activity relationship between the structures and performances in the resulting MOFs. Obviously, the project provided some experimental and theoretical bases for the development and utilization of new MOFs materials.

金属有机框架（MOFs）配合物由于可设计性强易实现孔径尺寸与拓扑结构的调节，引入特殊功能位点可实现孔道表面化学环境的功能化修饰。因此, MOFs在气体存储与分离、荧光探测、非均相催化等许多领域展现出诱人的应用前景。本项目基于尺寸可调、易功能化且稳定性高的邻香草醛缩酰腙-吡啶/咪唑类端基二核金属配位基元M2L2/M2L，通过基元间自组装或与芳香族多羧酸类桥联配体反应，构筑一系列具有不同孔径尺寸和功能化修饰的互穿型MOFs材料。探索配体与高稳定性MOFs的合成条件、孔结构与尺寸调控策略、孔道表面功能化修饰规律。合理利用MOFs微孔孔道，探究单组份或二元混合气体(如CO2/N2、CO2/ CH4等)选择性吸附与分离等性能，揭示该类材料吸附与分离机理，进而系统性地研究框架结构与性能间构效关系，为新型MOFs材料的开发利用提供一定的实验和理论积累。

金属有机框架（MOFs）配合物由于可设计性强易实现孔径尺寸与拓扑结构的调节，引入特殊功能位点可实现孔道表面化学环境的功能化修饰。因此, MOFs在气体存储与分离、荧光探测、非均相催化等许多领域展现出诱人的应用前景。本项目基于尺寸可调、易功能化且稳定性高的邻香草醛缩酰腙-吡啶/咪唑类端基二核金属配位基元M2L2/M2L，通过基元间自组装或与芳香族多羧酸类桥联配体反应，构筑一系列具有不同孔径尺寸和功能化修饰的互穿型MOFs材料。探究了配体与高稳定性MOFs的合成条件、孔结构与尺寸调控策略、孔道表面功能化修饰规律。合理利用MOFs微孔孔道，探究单组份或二元混合气体选择性吸附与分离等性能，揭示该类材料吸附与分离的构效关系。在探究MOFs的气体吸附与分离方面的性能的同时，本项目还发现了系列MOFs基材料在能源存储方面具有较好的应用，因此也开展了其在储能方面的研究，并获得了一系列较好的研究成果。.1、MOF基气体吸附与分离方面的研究.基于系列席夫碱、芳香族多羧酸类有机配体与过渡金属进行配位，通过配体的修饰、长度的调节以及配体构型的设计，调控MOFs孔道结构、化学环境，从而实现对二氧化碳或乙炔的高效吸附，开发出能有效分离CO2/CH4、CO2/N2、C2H2/C2H4的高效分离材料，在工业上实现绿色高效提纯乙烯具有较好的应用前景。.2、MOF基电化学储能材料方面的研究.利用MOFs基材料，研发出对锂-硫电池充放电过程中产生的多硫化锂具有较好吸附、催化转化功能的多孔材料，将其应用于锂-硫电池正极与隔膜涂层，实现了具有高性能锂-硫电池关键材料的研发。利用多孔金属-有机框架(MOF)材料的有序多孔可设计性优势，直接或为前驱体煅烧制得的各种材料如氮掺杂碳材料、金属氧化物等, 通过变化反应温度、起始反应物投料比、掺杂物种类与数量等因素得到不同结构与形貌的微纳米材料作为锂离子电池负极材料都表现出较好的性能。