2012年CB821700-G有机分子基框架多孔材料的前沿研究.pdfVIP

  项目名称： 有机分子基框架多孔材料的前沿研究 首席科学家： 苏成勇 中山大学 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 教育部       一、关键科学问题及研究内容 1、拟解决的关键科学问题   框架多孔材料的晶体工程是一个具有重大应用前景的前沿基础研究领域，以 基础研究为主线，有侧重地开展一些应用研究探索，是本项目的基本思路。具体 来说，就是针对“金属—有机框架（MOF ）”和“共价—有机框架（COF ）” 两大类 基于有机分子构筑基元的多孔分子固体材料，围绕“有机分子基框架多孔材料的 晶体工程” 中的基础科学问题，发展合成方法学，开展功能与应用化探索，重点 拟解决以下几个关键科学问题：  (1)  化学作用与功能导向的框架多孔材料的晶体工程方法学与可控组装   在晶体工程领域，特定功能和结构的材料可控合成与定向组装仍是亟待 解决的基本科学问题。目前，功能性多孔晶体材料的合成与筛选往往带有随 机性，对于影响材料最终结构的各种因素的认识还处于初级阶段，结构与功 能的调节手段缺乏规律性和实效性。合成手段、组装原则、反应过程调节与 组合、溶液固体结构检测与表征等都需要发展系统晶体工程方法学，从材料 的功能需求设计结构，根据材料的结构设计合成反应，合理利用配位与共价 导向作用，实现目标材料的结构预测、可控合成和定向组装。   (2) 基于有机分子框架多孔晶态材料的性能作用机制与构效关系调控   基于有机分子的多孔晶态材料赋予晶体工程可设计、可调控、可修饰的 特点，为多孔材料的目标设计与可控合成提供了基础，但材料的设计和功能 应用须深刻揭示其作用机制并实现有效的“结构—功能”关系调控。  (3) 新型框架分子多孔晶态材料功能化、实用化的物理和化学基础   设计与合成多孔晶态材料最终是希望通过高新技术，实现“结构与性能” 之间的目标性调控，而实现其商业化和工业化的目的，必须解决诸多功能化、 实用化的物理和化学基础问题，如材料的稳定性、高效性、产率、成本，以 及实验室合成与工业生产对接、制备过程放大等等。  2、主要研究内容   围绕上述关键科学问题开展研究，主要研究内容包括：  （1）基于有机分子多孔材料晶体工程中的合成方法、表征手段与结构设计方法     学研究 1 ）基于功能基元及材料体系理论，以晶体工程和超分子化学原理为指导，着 力于新的结构模型、组装规律、合成策略与拓扑导向的总结和归纳，发展 基于有机分子多孔材料的晶体工程合成方法学和结构控制的新方法，指导 材料设计工作。  2 ）系统发展功能基元的组装方法和技术，通过功能基元的结构优化和裁剪， 制备新型功能晶态材料。通过结构调控实现特定结构晶体材料的可控生 长，实现功能的增强与复合。  3 ）发展特殊条件下的合成新方法，主要开展水热和溶剂热合成方法的发展与 机理性研究，重点研究亚稳相晶态材料及薄膜、界面结构材料的制备技术， 为具有特定结构的分子光、电、磁、多孔、手性及动态智能响应功能材料 的合成提供新途径。  4 ）建立功能基元及材料的探测与表征新方法，重点发展原位、实时、微区结 构的测量技术，以便原位直观地研究超分子在固液界面间的组装、传输和 结晶过程，探索和揭示其微观作用和反应机制。  （2）强作用力（配位键、共价键）在多孔框架化合物组装中的导向功能及其与 各种分子间作用力的竞争、协同规律及其控制   1 ）利用配位键和共价键的强度、饱和性和方向性，系统发展功能基元的组装 方法和技术，通过功能基元的结构优化和裁剪，制备新型多孔晶态材料。 调控多孔材料中孔洞的大小、分布、强度等结构特征，实现特定结构晶态 材料的可控生长，实现功能的增强与复合。同时关注氢键、π…π堆积作用、