項目名稱： 新型規(guī)則納米孔材料的分子工程

推薦單位： 教育部

項目簡介： 該項目瞄準(zhǔn)國際無機合成化學(xué)的前沿領(lǐng)域，以分子工程學(xué)為指導(dǎo)，以材料的功能為導(dǎo)向，較系統(tǒng)地研究分析了制備新型規(guī)則納米孔材料的一系列科學(xué)問題，創(chuàng)造性提出材料合成方法和路線，深入探索材料結(jié)構(gòu)和功能的內(nèi)在關(guān)系，揭示材料復(fù)雜的合成機理，并應(yīng)用于新材料設(shè)計合成。研究成果已有效地在吸附分離、儲氫、藥物緩釋、催化等方面得到應(yīng)用，利用合成的新物質(zhì)為主體模板組裝制備了多種復(fù)合功能材料。

一、微孔晶體合成與制備化學(xué)中新體系新技術(shù)的開發(fā)。研究晶體復(fù)雜的生長機制，系統(tǒng)地開發(fā)了合成高質(zhì)量大單晶、納米晶、膜等微孔材料的新體系、新技術(shù)，解決光電微器件主體材料的質(zhì)量和尺寸問題以及分子篩膜的面積連續(xù)性和機械強度等技術(shù)難題。

二、介孔材料化學(xué)合成和應(yīng)用中基塊的組裝與自組裝。以提高催化效率為導(dǎo)向，首次以微孔分子篩前驅(qū)體為基塊與表面活性劑自組裝，巧妙構(gòu)筑了具有微孔孔壁的MAS系列介孔分子篩，為介孔材料水熱穩(wěn)定性問題提供解決途徑；設(shè)計合理的合成與組裝路線，將有機基團在孔道內(nèi)進行修飾、剪裁、組裝，解決納米催化劑團聚、藥物緩釋等問題。

三、化學(xué)配位鍵聯(lián)方式與金屬有機骨架（MOF）結(jié)構(gòu)、功能。以功能為導(dǎo)向，創(chuàng)新地通過合成或選取恰當(dāng)構(gòu)型有機配體，進行具有手性孔道、分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的和具有多功能的MOF合成。探究配位鍵聯(lián)方式、結(jié)構(gòu)、功能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，提高手性拆分效率和儲氫質(zhì)量。

項目共發(fā)表論文220篇，SCI收錄論文192篇（IF大于3.0的66篇），他引1633次，SCI他引1424次（單篇最高163次）；獲國家發(fā)明專利5項；應(yīng)邀在重要國際學(xué)術(shù)會議上做邀請報告和主題報告3次，在國內(nèi)重要學(xué)術(shù)會議上做邀請報告5次。德國著名教授Schuth在第13屆國際分子篩會議特邀報告上稱MAS-n的合成是介孔合成史上重要里程碑；法國著名教授Ferry稱具有分子篩拓?fù)銶OF的成功合成架起了無機微孔晶體和MOF間的橋梁。研究成果被ACS的“Heart Cut”報道1次，曾獲教育部科技進步一等獎1項，吉林省科技進步一等獎2項。

主要發(fā)現(xiàn)點： 本項目的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)深入地研究分子篩單晶的生長機制，系統(tǒng)地開發(fā)了微孔分子篩大單晶、納米晶的合成與制備的新技術(shù)、新路線和建立了新策略：1、加入成核抑制劑，2、雙硅源技術(shù)，3、導(dǎo)入F-離子，4、醇體系合成，5、合成物種前驅(qū)體多樣化。合成制備出LTA、FAU、SOD、AEL、MTN、AFI、MFI、MOR、OFF、BEA等大單晶和目前最小尺寸的LTA、FAU和AEL分子篩納米晶。并將光學(xué)功能材料組裝到分子篩大單晶的中，獲得具有二階非線性光學(xué)性質(zhì)的復(fù)合材料。（無機合成化學(xué)，代表性論文2，9）

(2)創(chuàng)新地設(shè)計合成方法和路線，巧妙地以微孔分子篩導(dǎo)向劑為基元與表面活性劑進行自組裝，構(gòu)筑了具有微孔孔壁的介孔分子篩催化材料，開辟了解決介孔分子篩水熱穩(wěn)定性低的新途徑；在非常規(guī)強堿體系下，以聚苯乙烯小球為模板，利用表面活性劑與SiO2自組裝合成出具有超微孔孔壁的納米空心小球，從而填補了微孔介孔分子篩孔道尺寸之間的空白。（無機合成化學(xué)，代表性論文1，3）

(3)設(shè)計合成或選取具有特定結(jié)構(gòu)特征的有機配體合成具有手性結(jié)構(gòu)的金屬有骨架機化合物，首次得到金屬膦酸骨架中存在螺旋孔道結(jié)構(gòu)的化合物。創(chuàng)新地利用四連接的有機配體或者構(gòu)建無機和有機的四連接基塊成功構(gòu)筑了具有MTN、BCT、ABW等分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的金屬有機骨架化合物，把無機微孔晶體和金屬有機骨架化合物有機地聯(lián)系在一起。通過選用多種稀土金屬為中心，得到具有光電磁性質(zhì)俱佳的復(fù)合功能的金屬有機骨架化合物。（無機合成化學(xué)，代表性論文4，5，6）

(4)創(chuàng)造性地采用新型載體金屬網(wǎng)和獨創(chuàng)的涂膜方式合成制備了LTA、MFI、LTL等分子篩膜，在氣體分離中具有很高的滲透率和選擇性，具有優(yōu)異的分離性能，并且具有較好的機械強度。此外，首次以高質(zhì)量毫米級分子篩MFI大單晶為母體，采用外延生長得到完全取向、有序的分子篩膜。這些獨特制備技術(shù)和方法為分子篩膜材料的開發(fā)與應(yīng)用提供了新思路。(無機合成化學(xué)，代表性論文7）

(5)從分子工程的思想出發(fā)，設(shè)計新的合成與組裝路線，通過合理的反應(yīng)途徑，用CVD、MOCVD、PVD、原位合成等新技術(shù)實現(xiàn)了多種金屬及合金（Au，Ag，Ni，CoPt等）、金屬氧化物（CuO，F(xiàn)e2O3等）、非金屬單質(zhì)和化合物（Si，BN）等在分子篩孔道內(nèi)的組裝和性能研究；并通過對不同形態(tài)的介孔材料的合成與負(fù)載評價，總結(jié)了介孔材料作為優(yōu)良的藥物、酶催化載體的一般規(guī)律。(無機合成化學(xué)，代表性論文8，10）

主要完成人： 裘式綸

組織制定了本項目的研究方向和整體研究方案。另外主要從事含雜原子分子篩和分子篩大單晶的合成研究；介孔材料孔道作為納米反應(yīng)器的分子剪裁，對1-5發(fā)現(xiàn)點均作出了一定的貢獻。本項目研究占總工作量的60%。

朱廣山

系統(tǒng)得研究了微孔分子篩納米晶的合成；并利用納米晶和金屬網(wǎng)合成制備了高滲透性和高選擇性的分子膜；進行了手性MOF的設(shè)計合成研究。對1，2，4發(fā)現(xiàn)點做出了貢獻。本項目研究占總工作量的90%。

李曉天

在微孔分子篩和介孔分子篩孔道中組裝了光學(xué)功能分子和半導(dǎo)體量子點，以介孔材料為模板制備了介孔金屬氧化物。對第1，5發(fā)現(xiàn)點做出了貢獻。本項目研究占總工作量的80%。

張宗弢

具有微孔孔壁的介孔分子篩催化材料的設(shè)計合成和微孔材料的離子打印研究；利用沸石分子篩結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為基塊和表面活性劑自組裝制備出多種不僅具有很好的水熱穩(wěn)定性而且還具有較強酸性的介孔材料MAS系列。以介孔材料為模板進行了金屬及合金等納米材料的制備。對第2，5發(fā)現(xiàn)點做出了貢獻。本項目研究占總工作量的80%。

方千榮

成功的合成了多種具有分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和具有光電磁復(fù)合功能的金屬有機骨架化合物。對第3發(fā)現(xiàn)點做出了貢獻。本項目研究占總工作量的90%。