功能导向的瓜环基MOFs设计与可控制备

In this project, we will design and synthesize series of novel multi-dimension and multi-component cucurbit[n]uril-MOFs(Q[n]-MOFs) by introducing organic aromatic carboxylic acid ligand, which acts as bridge link and anion, into Q[n]-Mn+ system, and this design is based on the research in supramolecular self-assembly entity. Meanwhile, this project will focus on using grading ordered self-assembly synthetic method to acquire target structure. According to Q[n]’s special properties such as hydrophobic cavity, negative charge portal and positive charge outer surface in Q[n]-MOFs systems, we will also research in the potential applications in gas adsorption, organic molecular adsorption and heavy metal ions capture and so on.

本项目在瓜环-金属离子构筑超分子自组装实体研究的基础上，提出在Q[n]-Mn+体系中，引入有机芳香羧酸配体，利用其“桥联与平衡体系电荷”功能，构筑结构新颖、性质特异的多维、多层次瓜环基MOFs。采用分级有序自组装的合成方法，获得目标结构，是本项目的重点研究内容。利用瓜环在Q[n]-MOFs中的“疏水性空腔、端口负电性和外壁正电性”三大功能特性，考察Q[n]-MOFs对气体、有机分子的吸附和重金属的捕捉功能应用。

在瓜环-金属离子构筑超分子自组装实体研究的过程中，发现瓜环与金属离子形成的自组装体大都是“分子胶囊”、“分子碗”、“瓜环对”等简单结构，那么如何构筑多维、多层次瓜环基MOFs？. 本项目通过实施“有机芳香多羧酸为结构导向试剂”策略，结合有机酸MOFs构筑的理论与实验的方法，运用晶体工程学原理，成功实现了有机芳香多羧酸在瓜环-金属超分子构筑体系，发挥有机羧酸的“抗衡阴离子及桥联”双重作用，目前成功获得了11种目标瓜环基超分子自组装体的结构，并对其进行了结构表征及其功能性质研究。初步建立有机芳香酸分子、瓜环及金属离子之间的“构效关系”。并为进一步验证本项目组构筑策略有效性，同时考察了取代瓜环体系，研究表明，因瓜环腰上取代基的位阻作用，刚性较短配体无法扮演“桥联”作用，而刚性较长的配体有望实现“桥联”，这为取代瓜环基MOFs材料奠定了良好的基础。. 利用瓜环在Q[n]-MOFs中的“疏水性空腔、端口负电性和外壁正电性”三大功能特性，使Q[n]-MOFs在有机染料分子吸附、重金属离子快速检测、发光材料等领域有潜在的应用前景。. 本项目本项目执行期间，在Coordin. Chem. Rev.、Org. Lett.、Inorg. Chem.、Chem.-Eur. J.、Dalton Trans.、CrystEngComm.等SCI源刊上以第一作者或通讯作者发表SCI学术论文29篇，并对具有应用前景的瓜环基超分子自组装体材料申请发明专利2项；培养硕士研究生4名。