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： 該項目瞄準國際無機合成化學的前沿領域，以分子工程學為指導，以材料的功能為導向，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問題，創(chuàng)造性提出材料合成方法和路線，深入探索材料結構和功能的內在關系，揭示材料復雜的合成機理，并應用于新材料設計合成。研究成果已有效地在吸附分離、儲氫、藥物緩釋、催化等方面得到應用，利用合成的新物質為主體模板組裝制備了多種復合功能材料。

一、微孔晶體合成與制備化學中新體系新技術的開發(fā)。研究晶體復雜的生長機制，系統(tǒng)地開發(fā)了合成高質量大單晶、納米晶、膜等微孔材料的新體系、新技術，解決光電微器件主體材料的質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難題。

二、介孔材料化學合成和應用中基塊的組裝與自組裝。以提高催化效率為導向，首次以微孔分子篩前驅體為基塊與表面活性劑自組裝，巧妙構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；設計合理的合成與組裝路線，將有機基團在孔道內進行修飾、剪裁、組裝，解決納米催化劑團聚、藥物緩釋等問題。

三、化學配位鍵聯(lián)方式與金屬有機骨架（MOF）結構、功能。以功能為導向，創(chuàng)新地通過合成或選取恰當構型有機配體，進行具有手性孔道、分子篩拓撲結構的和具有多功能的MOF合成。探究配位鍵聯(lián)方式、結構、功能的內在關聯(lián)規(guī)律，提高手性拆分效率和儲氫質量。

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；應邀在重要國際學術會議上做邀請報告和主題報告3次，在國內重要學術會議上做邀請報告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稱具有分子篩拓撲MOF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、新路線和建立了新策略：1、加入成核抑制劑，2、雙硅源技術，3、導入F-離子，4、醇體系合成，5、合成物種前驅體多樣化。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性質的復合材料。（無機合成化學，代表性論文2，9）

(2)創(chuàng)新地設計合成方法和路線，巧妙地以微孔分子篩導向劑為基元與表面活性劑進行自組裝，構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，代表性論文1，3）

(3)設計合成或選取具有特定結構特征的有機配體合成具有手性結構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構的化合物。創(chuàng)新地利用四連接的有機配體或者構建無機和有機的四連接基塊成功構筑了具有MTN、BCT、ABW等分子篩拓撲結構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俱佳的復合功能的金屬有機骨架化合物。（無機合成化學，代表性論文4，5，6）

(4)創(chuàng)造性地采用新型載體金屬網和獨創(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。這些獨特制備技術和方法為分子篩膜材料的開發(fā)與應用提供了新思路。(無機合成化學，代表性論文7）

(5)從分子工程的思想出發(fā)，設計新的合成與組裝路線，通過合理的反應途徑，用CVD、MOCVD、PVD、原位合成等新技術實現(xiàn)了多種金屬及合金（Au，Ag，Ni，CoPt等）、金屬氧化物（CuO，F(xiàn)e2O3等）、非金屬單質和化合物（Si，BN）等在分子篩孔道內的組裝和性能研究；并通過對不同形態(tài)的介孔材料的合成與負載評價，總結了介孔材料作為優(yōu)良的藥物、酶催化載體的一般規(guī)律。(無機合成化學，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功能分子和半導體量子點，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計合成和微孔材料的離子打印研究；利用沸石分子篩結構導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撲結構和具有光電磁復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%。