基于主客体相互作用的guest@LMOFs复合材料的可控组装与发光性能调控

It has been an important part of study in chemistry field for utilizing the regulable pore structures of Luminescent Metal-Organic Frameworks (LMOFs) to adsorb specific guest so that preparing composite luminescent materials (guest@LMOFs) with unique properties. However, there still exist a series of problems of this kind of materials like low encapsulation efficiency, lack of controllability of the assembly, and uncertainty of property modulation. As a result, more deep studies are still needed for the rational design and synthesis of stable guest@LMOFs materials with high efficiency and controllable properties. In this project, to solve these problems, 1) we will design and introduce various kinds of interactions (e.g. coordination, hydrogen bonding, stacking, electrostatic attraction) into pores of LMOFs, and based on analyzing of their different characteristics, complete the mechanism modelling of interactions, which could provide guidance for the structure design of host frameworks and guest selection of corresponding type, thus enhancing the encapsulation efficiency and further realizing the controllable assembly of guest@LMOFs composite materials; 2) base on a class of new obtained LMOFs with closed pores, guest encapsulation with high efficiency and stability will be further realized by using a “one-pot strategy”, and effective new method for the construction of these materials will be explored; 3) through deep study of the luminescent properties of obtained materials, we will summarize the influence discipline of various host-guest interactions to material properties, and then, build the relationship of “framework + guest – luminescent property”.

利用发光金属有机框架（LMOFs）可调节的孔道结构吸附特定的客体，来制备性能独特的复合发光材料（guest@LMOFs），已成为化学领域的研究热点之一。然而，该类材料依然存在客体封装效率不高、组装上缺乏可控性、性能调控规律不够清晰等问题，因此，如何构筑高效、稳定、性能可控的guest@LMOFs复合材料仍需更加深入的研究。本项目计划：1）在LMOFs孔道中设计引入多种相互作用（如配位作用、氢键作用、堆积作用、静电引力），并据其不同的作用特点，分析建立模型，进而为主体框架的结构设计和相应客体类型的选择提供指导，提高封装效率，实现该类材料的可控组装；2）基于我们新合成的一类具有封闭孔的LMOFs，进一步通过“一锅法”策略，实现高效、稳定的客体封装，探索有效构筑该类材料的新方法；3）通过对材料发光性能的深入研究，总结各种主客体相互作用对材料性能的影响规律，建立“框架+客体-发光性能”构效关系。

发光材料由于在传感、照明、显示器以及光学器件等诸多领域的广泛应用成为国际科学前沿的研究热点之一。设计和开发具有长寿命、低能耗、高效率的高性能发光材料成为众多物理和化学家所追求的理想与目标。由于材料的发光性能主要取决于电子分布和能级结构，因此我们需要对其组成和结构有确切的认知，才能实现对材料发光性能的有效调控，而晶态材料的特性恰好可以满足这一要求。近年来，作为一类新型的晶态分子基框架材料，金属有机框架（MOFs）备受瞩目，其有机无机杂化的组成特性及其独特的孔道结构，使其拥有可作为发光材料的独特优势。其中，利用发光MOFs（LMOFs）可调节的孔道结构吸附特定的客体，来制备性能独特的复合发光材料（guest@LMOFs），已成为化学领域的研究热点之一。本项目中，通过引入多种相互作用（如配位作用、氢键作用、堆积作用、静电引力），我们构筑了多个系列的MOF基主客体平台，并利用MOFs孔道和框架的可调节性，从提高框架对客体的封装效率以及调控两者之间的相互作用力入手，深入研究了guest@LMOFs的构筑规律和发光性能，初步揭示了结构调控以及发光性能之间的关系，获得了系列新型高性能的复合发光材料。在此基础上，进一步拓展了所得材料的应用领域，如吸附分离、传感及催化等，并对所得材料实际应用的可能途径进行了初步探索。经过三年多的探索，本项目取得了多个系列的研究成果，已发表SCI收录论文14篇（包括ACS Appl. Mater. Interfaces 1篇、J Colloid. Interf. Sci. 1篇、Inorg. Chem. Front. 1篇、Dalton Trans. 2篇、Chin. Chem, Lett. 1篇、Chem. Asian J. 1篇、CrystEngComm 1篇等）。此外，还有申请中专利1项以及多篇准备投稿中的成果。培养硕士生7人，在读硕士生3人，优秀本科毕业生多名。项目成果产生了良好了影响，为基于主客体作用的MOF基复合材料的构筑与应用提供了新的思路，圆满完成了预期目标。

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