金属-羧酸骨架材料中主客体相互作用的研究及其对有毒分子的检测

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21403048
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0505.复合与杂化材料化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Host–guest interactions in metal organic frameworks (MOFs) are intensely important to elucidate the interaction mechanism between them at the molecular level, and the exploit of their potential applications. Currently, the vastly reported studies of the interactions of guest molecules with the MOFs are focused on energy molecules such as H2, CH4, and CO2. There are a limited number of studies reported on the interaction of toxic molecules (e.g. CO, NOx, and volatile organic compounds) with MOFs. Furthermore, the limited understanding on the interaction of toxic molecules in a specific MOF and a selected molecule in random MOFs, makes it difficult to compare their results and draw a comprehensive conclusion. In this project, two iso-structural types of MOFs are synthesized systematically in the following two strategies: changing the metal ions with the same organic ligands; and selecting various organic ligands functionalized with different functional groups while keeping the metal ion constant in order to retain the same crystalline MOF structure. For detailed investigation, direct characterization tools of gas adsorptions and vibrational spectroscopy (infrared spectroscopy and Raman spectroscopy) will be employed. Adsorption measurements will give us useful information on host MOF materials, such as porosity, pore size, etc. IR and Raman studies will provide direct evidences on the interactions of gases and MOFs by monitoring the changes of vibration modes when the gases contact with MOFs. The underling rules of host–guest interactions between toxic molecules and MOFs will be clarify and summarized, which will provide us guidance on the exploit of the detection of guide poisonous pollutants using MOFs-based sensors as well as the elucidation of their sensing mechanism. The results based on these future studies will provide theoretical and practical basis for realizing targeted design and adjustment of MOFs materials between their structure and function.
金属-有机骨架材料(MOFs)的主客体相互作用的研究对于从分子水平阐述两者的作用机理及开发其应用是非常重要的。目前,MOFs的主客体相互作用研究多选用能源分子(如H2、CO2)为客体分子,仅有数量有限的工作报道有毒分子(如CO、VOCs)与MOFs间的作用,且这些工作多集中于多种有毒分子与一种选定MOF或一种有毒分子与不同MOFs相互作用,这些MOFs具有不同的金属离子和有机配体,难以总结出一个一般性的规律。基于以上问题,本项目拟合成具有相同配体不同金属中心和相同金属中心不同功能化的配体的两类同构MOFs,利用吸附和振动光谱(红外和拉曼光谱)首段直接研究同构MOFs中金属中心和功能化有机配体与有毒分子的相互作用,探索有毒分子与MOFs主客体间相互作用关系的规律,并将此规律用于指导MOF气敏元件的有毒污染物检测和传感机理研究,为实现MOFs材料结构与功能的定向设计和调控提供理论和实验依据。

结项摘要

有毒分子对环境、人体及国土安全均有重要影响,本课题着眼于目前的社会需求及科研发展前沿,以金属有机骨架材料(MOFs)为研究对象,探索基于MOFs薄膜器件对有毒分子的检测。首先,从杂原子羧酸类有机配体的设计与合成入手,并利用已合成配体构筑多功能MOFs结构;从单晶结构等表征入手,充分分析了其晶体结构、稳定性以及吸附性能等一系列性质。与此同时,利用电化学法制备基于金属有机骨架薄膜器件材料;通过调节施加的电压和电镀的时间来调控晶体的尺寸和薄膜的厚度,并分析薄膜电镀形成的过程和机理;以电化学刻蚀法制备的多孔金属镍为载体,采用原位生长法制备多孔镍载体支撑的金属有机骨架复合膜;通过各种手段表征复合膜的结构和形貌等信息,并获得沉积时间在复合膜形成过程中的影响。作为应用扩展,我们利用金属有机骨架材料的催化作用和氧化还原活性分子(杂多酸和多孔镍)的电子媒介体/催化放大作用,重点研究了基于金属有机骨架膜材料对有毒分子(溴酸盐和水合肼)的放大检测;发现这些传感器具有线性范围宽,检测限低的优势,均可用于实际样品中该物质的分析检测。此外,作为项目的扩展,利用表征手段从多个角度系统地分析和评价金属有机骨架的体相和表面结构的化学稳定性,并基于水分子与主体骨架间的相互作用,将获得的晶体材料用于质子传输方面的应用,研究不同温度和湿度下,骨架结构中的氢键链、引入的客体分子对质子传输的贡献和影响。总体来说,本课题的研究获得了大量宝贵实验数据,为后续研究工作的开展打下基础并指明方向。部分研究成果分别发表在J. Mater. Chem. A及Dalton Transactions等期刊上,授权发明专利1项。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
One, two, and three-dimensional metal-organic coordination polymers derived from enantiopure organic phosphorate: homochirality, water stability and proton conduction
由对映体纯有机磷酸酯衍生的一维、二维和三维金属有机配位聚合物:同手性、水稳定性和质子传导
  • DOI:
    10.1039/c7ce01509g
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Crystengcomm
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liang Xiaoqiang;Cai Kun;Zhang Feng;Liu Jia;Zhu Guangshan
  • 通讯作者:
    Zhu Guangshan
Electrochemical fabrication of copper-containing metal-organic framework films as amperometric detectors for bromate determination
电化学制备含铜金属有机骨架薄膜作为溴酸盐测定的电流检测器
  • DOI:
    10.1039/c5dt04229a
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Dalton Transactions
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Erbin Shi;Xiaoqin Zou;Jia Liu;Huiming Lin;Feng Zhang;Shaoxuan Shi;Fenghua Liu;Guangshan Zhu;Fengyu Qu
  • 通讯作者:
    Fengyu Qu
Adsorption of CO2 and H2 on nitrogen-doped porous carbon from ionic liquid precursor
离子液体前驱体氮掺杂多孔碳对 CO2 和 H2 的吸附
  • DOI:
    10.1007/s40242-015-4224-1
  • 发表时间:
    2015-01
  • 期刊:
    Chemical Research in Chinese Universities
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Lingna Zhang;Kun Cai;Feng Zhang;Qunfeng Yue
  • 通讯作者:
    Qunfeng Yue
Electrochemical synthesis of metal organic framework films with proton conductive property
电化学合成具有质子传导性能的金属有机骨架薄膜
  • DOI:
    10.1016/j.ssi.2017.01.022
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Solid State Ionics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Feng Zhang;Tingting Zhang;Xiaoqin Zou;Xiaoqiang Liang;Guangshan Zhu;Fengyu Qu
  • 通讯作者:
    Fengyu Qu
A proton-conductive lanthanide oxalatophosphonate framework featuring unique chemical stability: stabilities of bulk phase and surface structure
具有独特化学稳定性的质子传导性镧系元素草酸膦酸盐骨架:体相和表面结构的稳定性
  • DOI:
    10.1039/c7ta03744a
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Liang Xiaoqiang;Cai Kun;Zhang Feng;Liu Jia;Zhu Guangshan
  • 通讯作者:
    Zhu Guangshan

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其他文献

间戊二烯-马来酸酐(酰亚胺)序列调控聚合
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2020.0257
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘坤;孙敏;张凤;谢锋历;尹政;伍小娟;傅建松;佘正银;夏金魁;李安
  • 通讯作者:
    李安
UHPLC-MS/MS 测定大鼠尿液中环磷酰胺及其代谢产物浓度
  • DOI:
    10.13748/j.cnki.issn1007-7693.2017.06.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国现代应用药学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯格;陈力;翟健秀;高守红;陈万生;夏天一;谢新芳;熊筱娟;张凤
  • 通讯作者:
    张凤
荟萃分析核桃仁抗2型糖尿病机制
  • DOI:
    10.13982/j.mfst.1673-9078.2021.3.0198
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    现代食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵声兰;张凤;张丽明;郭琰;陈朝银
  • 通讯作者:
    陈朝银
剖宫产对新生儿早期吸吮影响的研究进展
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1672-7088.2018.08.015
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国实用护理杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张凤;顾淅淅;吴华;夏海鸥
  • 通讯作者:
    夏海鸥
苯基与乙炔加成反应动力理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王朝晖;张凤
  • 通讯作者:
    张凤

其他文献

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张凤的其他基金

金属有机骨架复合薄膜材料电荷转移机理的研究及其污染物分子的电化学检测
  • 批准号:
    21771047
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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