簇基金属-有机骨架化合物的设计合成及其催化性能研究

Cluster-based metal-organic frameworks, the new-type porous materials with regular channel structures and unique physical and chemical properties, have attracted considerable interests by both chemists and material scientists in recent years. Cluster-based metal-organic frameworks have wide applications in areas of catalysis, biomedicine and magnetism. This research project will focus on the following new work： (1) To construct novel cluster-based metal-organic frameworks by step-by-step synthetic strategies. (2) To investigate their potential applications in catalysis, especially electrocatalysis. (3) To obtain nano-scale cluster-based metal-organic frameworks and carbon-metal composites from pyrolysis of cluster-based metal-organic frameworks, systematically study and optimize them for electrocatalysis. (4) To further study the relationship between synthesis, structures and properties of the new materials which is helpful for improving properties of new materials. This project will provide some experimental and theoretical bases for utilizing new cluster-based metal-organic framework materials.

簇基金属-有机骨架化合物是一类具有规则孔道结构和独特化学性能的新型多孔材料，近年来引起了化学家和材料学家们的广泛兴趣, 在催化、生物医药、磁性功能材料等领域得到了广泛的应用。本项目拟开展创新性研究工作的主要内容包括：（1）探索可行的分步合成策略来设计和构建新颖的簇基金属-有机骨架化合物。（2）研究簇基金属-有机骨架化合物在催化，特别是电催化领域的潜在应用。（3）合成纳米级簇基金属-有机骨架晶态材料，通过煅烧碳化制备碳-金属材料，系统研究并优化碳-金属材料的电催化性能。（4）探明合成条件、构筑模块与材料性能间的构效关系，并利用这种构效关系指导设计合成具有优良性能的簇基金属-有机骨架化合物和碳-金属材料。本项目的研究内容将为簇基金属-有机骨架化合物的应用提供实验和理论依据。

金属-有机框架（MOFs）具有高度有序的晶体结构、可调节的孔径、超高的比表面积和结构可设计性，在催化领域具有巨大的潜力。如何利用MOFs材料设计合成高活性、高稳定性的电催化剂是当今面临的一个挑战。本项目取得的主要成果如下：(1) 将选择的有机配体与多种次级构筑单元组装一系列新颖的MOFs，表征其晶体结构。(2) 利用这类MOFs热解的特性将其制备成金属原子高度分散的多孔金属-碳材料，研究其在氧还原、析氧反应及锌-空气电池方面的应用。(3) 重点探究微纳米结构与电催化性能之间的构效关系，最后利用理论计算进行催化机理研究。(4) 带本基金号的论文共32篇，影响因子大于10的5篇，影响因子在5~10之间的有12篇。其中Adv. Mater. 1篇；Inorg. Chem. 5篇； J. Mater. Chem. A. 2篇；Dalton Trans. 9 篇； Small 1 篇。