晶态多孔材料合成方法的研究进展

晶态多孔材料是一类具有高孔隙率、多样结构、可控功能的功能材料,在客体分子吸附及分离、催化、储能等众多领域具有广阔的应用前景.其中,以沸石分子筛(zeolites)、金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)和共价有机框架材料(covalent-organic frameworks, COFs)最具代表性.随着对晶态多孔材料研究的不断深入,众多新型的合成手段被开发用于材料的基础研究.同时,晶态多孔材料合成方法学的发展与其工业应用密切相关.本综述主要概述了晶态多孔材料的各种合成手段的优缺点和它们的潜在应用.     

有机分子在基底上的自组装及其在仿生材料合成中的应用

基底对有机分子的自组装有着重要的影响作用，有机分子不同的自组装方式在仿生材料合成，生物膜等方面有重要用途，本文综述了有机分子在不同基底上的自组装方式及其在仿生材料合成中的应用，并对有机分子的自组装方式的发展趋势及广阔应用前景作了进一步的展望。     

有机和金属有机非线性光学晶体材料

非线性光学材料是激光技术的重要物质基础之一,是高技术研究的一个组成部分。二十多年来,非线性光学材料的研究经历了无机晶体、有机材料的阶段,现在又开始了金属有机非线性光学材料的探索。本文拟综述有机和金属有机二阶非线性光学晶体材料的研究进展,而不讨论高分子材料以及三阶非线性光学效应。鉴于刊物读者的特     

无有机模板条件下晶种导向合成微孔分子筛晶体材料

沸石分子筛晶体材料(例如Beta, ZSM-34)由于具有独特的物理及化学性质, 被广泛应用于催化、吸附与分离、离子交换等领域. 一般来说, 大多数分子筛晶体材料需要在有机模板剂存在的条件下合成. 然而, 有机模板剂的使用会带来很多问题, 例如, 提高分子筛晶体材料的合成成本、在高温煅烧去除模板剂的过程中, 消耗大量的能量以及带来环境污染. 因此, 开发无有机模板剂合成沸石分子筛新路线具有十分重要的研究意义和实用价值. 近年来, 我们研究小组首先开发了无有机模板条件下晶种导向合成分子筛的新方法, 相继合成出了Beta, ZSM-34, FER和LEV等微孔分子筛晶体材料. 将对这几种沸石的合成进行简要的评论.     

基于间苯三酚及其衍生物构筑新型有机多孔材料

有机多孔材料凭借其高比表面积、孔道可调性、易功能化修饰和结构多样性等特征,在催化、能源、吸附与分离等多个领域中展现了巨大应用潜力.对多官能度有机化合物单体以及高效聚合反应的巧妙应用,为新型有机多孔材料的创制提供了强有力的工具,成为该领域的研究热点.以C₃对称型的间苯三酚及其衍生物为例,综述了其在一系列新型有机多孔材料高效构筑中的最新研究进展.     

MOFs在催化有机分子转化中的应用

金属有机框架化合物（MOF）,又称多孔性配位聚合物,是有机配体与金属离子自组装而成的一类新型有机-无机杂化多孔材料,是纳米材料的重要组成部分。与其他多孔材料相比,MOFs具有较大的比表面积、高的孔隙率以及结构和性质可调等特性,使其在非均相催化领域具有良好的应用前景。本文首先对MOFs催化的背景进行简述,然后对近年来报道的MOFs用于有机分子催化转化反应的进展进行了综述及展望,以期为MOFs催化有机反应的设计和开发提供参考。     

共价有机框架材料研究进展

共价有机框架材料是一类具有周期性和结晶性的有机多孔聚合物。共价有机框架材料由轻质元素通过共价键连接,拥有较低的密度、高的热稳定性以及固有的多孔性,在气体吸附、非均相催化、能量存储等研究领域有着广泛的应用潜力,引起了科学界强烈的研究兴趣。本文主要综述了近年来共价有机框架材料的最新研究进展,包括其结构设计、合成、纯化、表征以及在气体吸附,催化及光电等方面的应用,并对共价有机框架材料未来的发展趋势进行了展望。     

多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟

采用优化的DREIDING力场参数, 通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对H₂在IRMOF-1、IRMOF-61和IRMOF-62共3种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附平衡性能进行了比较研究. 结果表明, 该力场能够在全压力范围内很好地复制H₂在IRMOF-62材料中的等温吸附曲线; 但对低压下H₂在IRMOF-61中的等温吸附曲线预测出现低估. 与IRMOF-1相比, 具有互穿骨架结构的IRMOF-61和IRMOF-62材料在常温下的储氢能力并无明显提高. 进一步比较77 K时100 kPa、3.0 MPa下H₂在上述MOFs材料中达到吸附平衡时的几率密度分布发现, H₂会优先吸附在Zn₄O骨架附近靠近苯环的位置;对具有互穿结构的MOFs材料而言,由于其孔腔尺寸缩小, 使得H₂优先吸附位区域零散化. 适当长度的有机配体形成的互穿骨架结构能增强与H₂分子之间的相互作用, 具备较高的储氢能力; 而有机配体尺寸过长则会增加骨架结构中H₂吸附死角, 对H₂的吸附能力反而出现下降.     

多孔氢键有机框架(HOFs):现状与挑战

氢键有机框架(HOFs)已经发展成为一类独特的晶态多孔材料,它一般是由有机或金属-有机构建单元通过分子间的氢键相互连接而形成的框架材料.由于氢键强度弱和柔性强,因此大部分HOFs的框架都比较容易坍塌.然而,通过合理地选择刚性且具有特定几何构型的构建单元、引入穿插或π-π作用和静电作用等其它分子间的作用力,稳定且多孔的HOFs也逐渐地被制备出来.与其它含有机组分的晶态多孔材料如金属-有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)相比, HOFs具有自己的特点,例如:温和的合成条件、高度的结晶性、溶剂加工性、容易修复和再生等. HOFs的这些特点能够使其成为一类独特的功能多孔材料.本综述主要概述了稳定且多孔HOFs设计的一些基本原则,系统总结了构筑HOFs常用的超分子合成子以及脚手架,重点综述了近十年HOFs在气体吸附与分离、质子传导、异相催化、荧光和传感、生物应用、对映体拆分和芳香化合物的分离、环境污染物去除和有机结构测定等领域的重要进展.     

多金属氧酸盐作为构筑块自组装合成新型功能性分子材料

本文概述了以多金属氧酸盐为构筑块合成新型功能性分子材料的研究状况和新进展 ,对这类化合物在催化、导电性、磁性和LB膜等方面的应用前景作了评述和展望     

多孔材料的研究进展

本文总结了2010~2013国际和国内在无机微孔材料领域的研究进展和亮点,比较了国内外研究的进展,展望了本领域的发展趋势。全文共引用参考文献87篇。     

非传统型液晶分子设计与工程研究进展

从液晶基元连接方式、液晶分子拓扑结构以及凝聚态自组织方式等方面扼要介绍和评述了非传统型液晶分子设计与工程研究进展,并重点介绍了可望引起液晶显示技术革命的双轴向列相香蕉形液晶研究的突破性工作,展望了非传统型液晶分子设计和复杂自组织超分子液晶领域今后的发展方向。     

Molecular simulations of host-guest interactions between zeolite framework STW and its organic structure-directing agents

Zeolites have been widely applied in many chemical processes owing to their featured microporous framework structures. Organic structure-directing agents (OSDAs) play an important role during of the formation of zeolite frameworks via non-bonding host-guest interactions. Understanding these interactions is crucial to the design of OSDAs and the synthesis of target zeolites. Here, we report a molecular simulation study in the host-guest interactions between zeolite framework STW and 21 alkylated imidazolium and pyrazolium cations that have been used as the OSDAs for the synthesis of STW-type zeolites. We find that OSDAs that have successfully directed the formation of STW exhibit stronger host-guest interactions than unsuccessful ones. Furthermore, we find all successful OSDAs possess relatively more negative atomic charges on nitrogen atoms and smaller dipole moments. According to this finding, we have designed seven new alkylated imidazolium and pyrazolium cations that may be suitable for zeolite STW, and verified their structure-directing capability by molecular simulation calculations.     

金属-有机骨架材料中吸附气体的扩散速率

采用分子动力学方法,以甲烷为探针分子研究了不同压力条件下气体在具有不同孔道结构的金属-有机骨架材料(MOFs)中的扩散速率.通过计算气体在八种材料中的自扩散系数,并结合气体分子在材料中的质心分布图等,讨论了气体扩散速率与孔道结构之间的关系.研究结果表明:对于同时含有孔笼(pocket)和三维正交孔道(channel)结构的MOF材料(P-C材料),低压时甲烷气体吸附在孔笼结构中,随着压力的升高,气体分子开始进入正交孔道,同时其自扩散系数增加;而对于只含有三维立方孔道结构的IRMOF(isoreticular MOF)系列材料,在中低压范围内,气体分子在其中的自扩散系数随压力变化较小.当压力进一步升高时,气体分子在材料孔道中的吸附逐渐接近饱和,其自扩散系数均降低.因此,在不同MOF材料中气体分子扩散速率的差异主要取决于孔道结构的不同.对P-C材料,中低压下通过控制压力可以控制气体在其中的扩散速率,从而为MOF材料在气体存储、分离等方面的实际应用提供参考信息.     

分子工程学

分子工程学以体系的功能为导向,在分子水平上进行结构设计与施工,探索功能、结构与合成三者之间的关系原理,发展合成、制备与组装方法学,研究结构基元本征性质和构效关系。本文讨论了建设分子工程学这一新学科的重要性,介绍了自发单层分散原理与CO吸附剂、纳米结构光电功能体系、金属纳米簇基催化剂、表面分子多孔网络的精确可控组装以及功...     

Hydrogen‐Bonded Organic Frameworks (HOFs): A New Class of Porous Crystalline Proton‐Conducting Materials

Two porous hydrogen‐bonded organic frameworks (HOFs) based on arene sulfonates and guanidinium ions are reported. As a result of the presence of ionic backbones appended with protonic source, the compounds exhibit ultra‐high proton conduction values (σ) 0.75× 10^?2 S cm^?1 and 1.8×10^?2 S cm^?1 under humidified conditions. Also, they have very low activation energy values and the highest proton conductivity at ambient conditions (low humidity and at moderate temperature) among porous crystalline materials, such as metal–organic frameworks (MOFs) and covalent organic frameworks (COFs). These values are not only comparable to the conventionally used proton exchange membranes, such as Nafion used in fuel cell technologies, but is also the highest value reported in organic‐based porous architectures. Notably, this report inaugurates the usage of crystalline hydrogen‐bonded porous organic frameworks as solid‐state proton conducting materials.     

材料基因工程技术在分子筛领域中的应用

材料基因工程是近年来材料领域兴起的前沿技术, 其基本理念是融合材料高通量计算、 高通量实验和数据技术加速新材料的设计和研发. 分子筛作为一种重要的化工材料, 因其良好的热稳定性、 较高的比表面积、 独特的孔道结构及可调变的元素组成和酸性, 在气体吸附、 分离、 异相催化和离子交换等工业领域应用广泛. 近年来, 融合高通量计算、 高通量实验和数据库技术的材料基因工程技术正逐步应用于分子筛研发等领域: 高通量计算能够从理论上预测并筛选出具有优异性能的分子筛合成目标、 高通量实验显著提升了分子筛材料合成与表征的效率、 数据库技术则为未来挖掘分子筛材料的合成规律与构效关系奠定了数据基础. 本文主要从这3个方面阐述材料基因工程技术在分子筛材料研发领域的应用及进展, 总结以功能为导向、 定向设计和构筑分子筛材料所面临的机遇与挑战, 并对材料基因工程技术在分子筛领域的前景进行了展望.     

Beyond Microporosity in Porous Organic Molecular Materials (POMMs)

Porous organic molecular materials (POMMs) are a novel class of porous materials that cover a wide range of organic-based molecular building blocks connected through weak supramolecular interactions, such as hydrogen bonds, π-π stacking, van der Waals and electrostatic interactions. Despite of their diverse chemical and structural nature, common features to POMMs include solution processability, crystallinity and microporosity. Herein, we focus, for the first time, on the advance of the field of POMMs beyond the archetypical microporosity. In particular, we highlight relevant examples of meso- and macroporous POMMs, as well as hierchachical ones (micro-/meso-, micro-/macro- and meso-/macroporous). We also remark some of their unique properties, and how they can be key in many applications.