杯芳烃金属-有机骨架质子传导材料的研究

Proton conductivities of metal-organic frameworks have been attracted attention in the world due to their potential applications in fuel cells. However,the work based on proton conductivity in MOFs has not been reported by our scientists. Our project focus on obtaining new MOFs based on calixarenes and investigates the proton conductivities of MOFs based on calixarenes. In addition, our project aims at exploring the excellent proton conductor of the MOFs based on calixarenes and reveals the relationship between the structures and the properties of proton conductions.

金属-有机骨架质子传导材料的研究是国际前沿课题之一,在燃料电池领域有着很大的应用前景。虽然我国在金属-有机配合物方面的研究获得了巨大进展，然而在将金属-有机骨架用于质子传导材料的研究还是一片空白。本项目拟设计合成多种含杯芳烃有机配体，通过这些配体与金属离子的反应得到系列含杯芳烃的金属-有机骨架晶体材料， 总结杯芳烃配合物的合成及结构方面的规律性。考察不同结构的杯芳烃配合物的质子传导性能，开发出具有优良性能的杯芳烃金属有机骨架质子传导材料；并揭示质子传导性能和结构的关系，为最终研发出高性能的质子传导材料稳打下坚实的基础。

本项目主要围绕新型杯芳烃金属有机骨架化合物的合成与质子传导性能研究展开。主要分为新型杯芳烃有机配体的合成、金属杯芳烃有机骨架化合物的合成与表征。并对这些化合物的质子传导等性能进行了研究。对于有机配体，主要选择磺酸基杯芳烃配体和多元的吡啶氮氧化合物两大系列。利用这些配体作为构建单元，通过晶体学和晶体工程学的方法，设计、合成了一系列结构新颖、性能优良的磺酸基杯芳烃金属有机骨架化合物。并摸索、总结了合成磺酸基杯芳烃金属有机骨架化合物的一般规律。在以上实验基础上，尝试合成羧酸基杯[4]芳烃和膦酸基杯[4]芳烃作为构建单元构筑金属有机骨架化合物。但是，在实验过程中发现，利用羧酸基杯[4]芳烃有机配体，通过水热、溶剂热等常规方法，虽然也合成得到了一些基于羧酸基杯[4]芳烃的化合物，但是这些物质大多以多晶的形态存在，很难对它们的物质结构进行有效表征。因此，虽然经过多次实验尝试，尚未得到理想的结果。