物理化学性质可调的功能型介观尺度多金属氧簇管状晶体研究

Based on the classical polyoxometalates (POMs) ,whose potential in industrial catalysis has been proved, the tunable multi-component type-, multinary metal-mixed type-, mixed valence type- and composition type- POM tubes in mesoscopic scale, will be prepared by the methods of tuning cations, changing components, controlling received and lost electrons, and combining with other functional components. Through these designs, we will realize tunability of physichemical properties and functionalization for the polyoxometalate microtubes. The research will also focus on the aspects such as the growth mechanism,chemical reactivity, the relativity between structure and function, catalytic activity, the possible photoelectric conversion and sensing properties of the as- synthesized POM tubes. This kind of tubular materials display potential application prospect acting as catalysts, molecular absorbers, drug releasing, microreactors, and photoelectrical information materials, due to combination of the physichemical properties of POMs and mesoscopic scale tubular hollow structure. The researches on POM microtubes are of great significance in the development of mesoscopic structure theory and the enrichment of practical applications of POM materials in mesoscopic scale.

本项目拟以具有工业催化应用背景的经典多金属氧酸盐(POM)为基础,通过调控阳离子,改变组成原子,控制电子得失,复合其他具有功能性的有机、无机和生物活性组分等多种技术手段,重点合成组分可调控型、混配型、混合价态和复合型四类介观尺度多金属氧簇管状晶体材料。通过这些设计，实现对POM管状晶体的物理化学性质和功能性的调控；研究所合成的POM管晶体的生长机理、化学反应性、结构-功能相关性、催化活性和可能具有的光电转换和传感性等功能性质。这些介观尺度管材料将结合POM及其复合组分的优良物理化学性能和介观中空结构的特点,在催化剂、分子吸收剂、药物缓释剂、微反应器乃至光电信息材料等方面，具有潜在的应用前景。介观尺度POM管状功能材料的研究对发展多金属氧酸盐的介观结构理论和丰富介观材料的实际应用都具有重要的意义。

本项目以多金属氧酸盐(POM)为原料,通过调控多金属氧簇的组成原子种类和氧化态, 掺杂不同种类的反荷阳离子和调控比例,以及复合其他具有功能性的组分等多种技术手段,设计和合成出七类介观尺度多金属氧簇管状材料，赋予了多种功能性质。例如通过镧系元素的掺杂，使微米管在近红外区具有荧光性；由苯胺在含Fe/Cu离子的微米管上发生原位聚合反应得到的聚苯胺复合微米管,对甲醇的电催化氧化呈现优异的助催化活性；杂多铌酸盐晶态微米管对乙醛的降解率达到85%以上。研究了POM管的生长机理、化学反应性、催化活性和传感性等功能性质。这些POM管晶体复合材料结合POM的优良物理化学性能、介观尺度和中空结构的特点,在光电信息材料、分子吸收剂、药物缓释剂、微反应器等方面具有潜在的应用前景。.本项目在多酸基复合材料的设计、合成和电化学储能中的应用研究取得创新性较强的成果。多酸辅助原位聚合多巴胺制备出一系列基于多酸与聚多巴胺的复合材料PMoV/PDA，具有高的放电比容量，优异的倍率性能和长循环稳定性：以PMo10V2/PDA为例，在高电流密度2000 mA g-1下的放电比容量达到559.6 mA h g-1；在100 mA g-1下经历65个循环后放电比容量几乎没有衰减，仍保持在915.3 mA h g-1，库伦效率达到99%以上。POM-PDDA-RGO三元复合材料有效地避免了多酸在电解质中的易溶性，并且在酸性电解质中表现出高的比容量，良好的倍率性能 (在10 A g-1的高电流密度下比容量为140 F g-1)，稳定的循环性能 (5 A g-1下循环1700圈后容量保持率为94.6%) 以及高的能量密度（在250 W kg-1的功率密度下为6.15 W h kg-1）。.本项目在多酸基础研究方面，重点进行了基于多酸的有机-无机杂化化合物的设计、合成与表征，得到50个新颖结构的单晶化合物，进行了系统的表征和光催化、磁性质等的测定。其中一些化合物显示出良好的氧化和还原双功能催化活性，是具有潜力的半导体材料和催化剂。