固体核磁共振研究金属有机框架体系内在主客体相互作用机制

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基本信息

项目摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) are a class of porous materials that have attracted enormous attention due to their extraordinarily high surface areas, controllable structures and tunable pore sizes, and advantageous for contact with guest molecules. MOFs have shown great potential to be widely applied in various fields such as green energy storage, membrane separation, chemical sensors, and heterogeneous catalysis. It is well recognized that the application performance of MOFs is strongly subject to their structure property as well as the presence of host-guest interactions. Therefore, it is of great significance to unravel the detailed interaction between MOFs and guest molecule at atomic level, which might facilitate the understanding of their intrinsic structure-property relationship. This project intends to develop multi-nuclear and multi-dimensional solid-state NMR methods to investigate the host-guest interaction present in disordered MOFs system. The project focuses on the elucidation of host-guest interaction mechanism between adsorbates and metal ions/organic ligands and extraction of primary adsorption sites confined inside the MOFs pores utilizing feasible solid-state NMR techniques. Meanwhile, solid-state NMR is further employed to monitor the NMR parameters variation to address the host-guest interactions influence on the chemical environments and dynamic behavior of MOFs. Moreover, the structure-property relationship is reasonably established on the basis of experimental observations as well as the proposed host-guest interaction and adsorption-separation mechanism. The project might provide some basis and insights for the rational design of new types of functional MOFs.
金属有机框架材料(MOFs)作为一种新型多孔材料，因其具有较大的比表面积和可调控的孔道结构且易于与客体分子充分接触，在绿色能源存储、膜分离、传感器、多相催化等方面具有良好的应用前景。金属有机框架材料的应用性能直接与其结构特性以及存在的主客体相互作用模式密切相关。因此，从原子分子水平观测MOFs与客体分子相互作用机制对理解其内在的构效关系有着非常重要的意义。本项目旨在发展适用于研究MOFs材料体系主客体相互作用的多核、多维固体核磁共振技术方法，应用其研究客体分子在MOFs孔道内与金属中心或有机配体相互作用的强弱，并借助实验数据分析来推断相互作用模式及其优先吸附位点。通过对比吸附前后相关NMR参数的变化，揭示相互作用对MOFs材料微观化学环境和分子动力学行为的影响，以此建立相互作用机制与吸附分离特性之间的内在关联。本项目的开展实施将会为设计合成新型功能化的MOFs材料提供一些参考性依据。

结项摘要

本项目通过发展和应用固体核磁共振方法来研究金属有机框架材料体系内在主客体相互作用机制，建立其在吸附分离等应用领域中的内在构效关系。本项目我们提出了一种测量ZIFs内乙烷乙烯吸附分离选择性的NMR实验方法，并从微观视角观测吸附物与吸附剂骨架主客体相互作用的强弱。同时，我们也提出了用一维自旋扩散演化曲线来测定低碳烷烃在多组分MOFs上优先吸附位点的技术方案。此外，我们也提出了用高速魔角旋转NMR测量多组分MOFs配体的成分组成和空间分布的实验方法。借用固体NMR实验结合理论计算，我们研究了溶剂化呼吸效应对官能团化MIL-53配体转动速率的影响，研究了甲醇与顺磁性Cu3-xZnx(btc)2的主客体相互作用模式，表征了多组分官能团修饰的UiO-66的酸性性质。另外，我们运用多核、多维固体NMR研究MIL-53与乙基苯及苯乙烯的相互作用及分离机制。同时，我们还围绕固体核磁共振研究MOFs的结构性质、动力学行为、内在主客体相互作用机制攥写了相关综述论文。该项目研究的开展和实施，能为理解吸附分离过程中MOFs与小分子相互作用提供一些参考性的依据。本项目代表性的研究成果包括以下: (1) Adv. Mater. 2020, 32, 2002879 (2) Solid State Nucl. Magn. Reson. 2018, 90，1 (3) Magn. Reson. Chem. 2020, 59, 1091 (4) J. Phys. Chem. C 2019, 123, 24062 (5) Chem. J. Chinese. U. 2020, 41, 204 (6) J. Phys. Chem. C 2020, 124, 17640 (7) J. Phys. Chem. C 2020, 124, 3738 (8) Chem. Eur. J. 2021, 27, 14711 (9) Chem. Eur. J. 2021, 27, 11303 (10) Solid State Nucl. Magn. Reson. 2022, 341, 101772

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Recent Advances of Solid-State NMR Spectroscopy for Microporous Materials
微孔材料固态核磁共振波谱研究最新进展
  • DOI：
    10.1002/adma.202002879
  • 发表时间：
    2020-09-09
  • 期刊：
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子：
    29.4
  • 作者：
    Li, Shenhui;Lafon, Olivier;Deng, Feng
  • 通讯作者：
    Deng, Feng
Quantitative Analysis of Linker Composition and Spatial Arrangement of Multivariate Metal-Organic Framework UiO-66 through H-1 Fast MAS NMR
通过 H-1 快速 MAS NMR 定量分析多元金属有机框架 UiO-66 的连接基组成和空间排列
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.0c04244
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Jing Tang;Shenhui Li;Yongchao Su;Yueying Chu;Jun Xu;Feng Deng
  • 通讯作者：
    Feng Deng
Primary Adsorption Sites of Light Alkanes in Multivariate UiO-66 at Room Temperature as Revealed by Solid-State NMR
固态核磁共振揭示室温下多元 UiO-66 中轻质烷烃的主要吸附位点
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.0c00184
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Xiao Yuqing;Chu Yueying;Li Shenhui;Su Yongchao;Tang Jing;Xu Jun;Deng Feng
  • 通讯作者：
    Deng Feng
Solid-state NMR studies of the acidity of functionalized metal-organic framework UiO-66 materials
功能化金属有机骨架 UiO-66 材料酸性的固态核磁共振研究
  • DOI：
    10.1002/mrc.4923
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Magnetic Resonance in Chemistry
  • 影响因子：
    2
  • 作者：
    Jing Tang;Shenhui Li;Yueying Chu;Yuqing Xiao;Jun Xu;Feng Deng
  • 通讯作者：
    Feng Deng
Host-guest interaction of styrene and ethylbenzene in MIL-53 studied by solid-state NMR
通过固态核磁共振研究 MIL-53 中苯乙烯和乙苯的主客体相互作用
  • DOI：
    10.1016/j.ssnmr.2017.12.004
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Solid State Nuclear Magnetic Resonance
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Shenhui Li;Jing Li;Jing Tang;Feng Deng
  • 通讯作者：
    Feng Deng

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其他文献

Heterogeneous parahydrogen induced polarization on Rh-containing silicalite-1 zeolites: effect of the catalyst structure on signal enhancement
含 Rh 硅沸石 1 型沸石的非均相仲氢诱导极化：催化剂结构对信号增强的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Catalysis Science & Technology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    王伟宇;孙启明;王强;李申慧;徐君;邓风
  • 通讯作者：
    邓风

其他文献

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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]
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