项目名称： 新型规则纳米孔材料的分子工程

推荐单位： 教育部

项目简介： 该项目瞄准国际无机合成化学的前沿领域，以分子工程学为指导，以材料的功能为导向，较系统地研究分析了制备新型规则纳米孔材料的一系列科学问题，创造性提出材料合成方法和路线，深入探索材料结构和功能的内在关系，揭示材料复杂的合成机理，并应用于新材料设计合成。研究成果已有效地在吸附分离、储氢、药物缓释、催化等方面得到应用，利用合成的新物质为主体模板组装制备了多种复合功能材料。

一、微孔晶体合成与制备化学中新体系新技术的开发。研究晶体复杂的生长机制，系统地开发了合成高质量大单晶、纳米晶、膜等微孔材料的新体系、新技术，解决光电微器件主体材料的质量和尺寸问题以及分子筛膜的面积连续性和机械强度等技术难题。

二、介孔材料化学合成和应用中基块的组装与自组装。以提高催化效率为导向，首次以微孔分子筛前驱体为基块与表面活性剂自组装，巧妙构筑了具有微孔孔壁的MAS系列介孔分子筛，为介孔材料水热稳定性问题提供解决途径；设计合理的合成与组装路线，将有机基团在孔道内进行修饰、剪裁、组装，解决纳米催化剂团聚、药物缓释等问题。

三、化学配位键联方式与金属有机骨架（MOF）结构、功能。以功能为导向，创新地通过合成或选取恰当构型有机配体，进行具有手性孔道、分子筛拓扑结构的和具有多功能的MOF合成。探究配位键联方式、结构、功能的内在关联规律，提高手性拆分效率和储氢质量。

项目共发表论文220篇，SCI收录论文192篇（IF大于3.0的66篇），他引1633次，SCI他引1424次（单篇最高163次）；获国家发明专利5项；应邀在重要国际学术会议上做邀请报告和主题报告3次，在国内重要学术会议上做邀请报告5次。德国著名教授Schuth在第13届国际分子筛会议特邀报告上称MAS-n的合成是介孔合成史上重要里程碑；法国著名教授Ferry称具有分子筛拓扑MOF的成功合成架起了无机微孔晶体和MOF间的桥梁。研究成果被ACS的“Heart Cut”报道1次，曾获教育部科技进步一等奖1项，吉林省科技进步一等奖2项。

主要发现点： 本项目的科学发现及创新点主要体现在以下几个方面：

(1)深入地研究分子筛单晶的生长机制，系统地开发了微孔分子筛大单晶、纳米晶的合成与制备的新技术、新路线和建立了新策略：1、加入成核抑制剂，2、双硅源技术，3、导入F-离子，4、醇体系合成，5、合成物种前驱体多样化。合成制备出LTA、FAU、SOD、AEL、MTN、AFI、MFI、MOR、OFF、BEA等大单晶和目前最小尺寸的LTA、FAU和AEL分子筛纳米晶。并将光学功能材料组装到分子筛大单晶的中，获得具有二阶非线性光学性质的复合材料。（无机合成化学，代表性论文2，9）

(2)创新地设计合成方法和路线，巧妙地以微孔分子筛导向剂为基元与表面活性剂进行自组装，构筑了具有微孔孔壁的介孔分子筛催化材料，开辟了解决介孔分子筛水热稳定性低的新途径；在非常规强碱体系下，以聚苯乙烯小球为模板，利用表面活性剂与SiO2自组装合成出具有超微孔孔壁的纳米空心小球，从而填补了微孔介孔分子筛孔道尺寸之间的空白。（无机合成化学，代表性论文1，3）

(3)设计合成或选取具有特定结构特征的有机配体合成具有手性结构的金属有骨架机化合物，首次得到金属膦酸骨架中存在螺旋孔道结构的化合物。创新地利用四连接的有机配体或者构建无机和有机的四连接基块成功构筑了具有MTN、BCT、ABW等分子筛拓扑结构的金属有机骨架化合物，把无机微孔晶体和金属有机骨架化合物有机地联系在一起。通过选用多种稀土金属为中心，得到具有光电磁性质俱佳的复合功能的金属有机骨架化合物。（无机合成化学，代表性论文4，5，6）

(4)创造性地采用新型载体金属网和独创的涂膜方式合成制备了LTA、MFI、LTL等分子筛膜，在气体分离中具有很高的渗透率和选择性，具有优异的分离性能，并且具有较好的机械强度。此外，首次以高质量毫米级分子筛MFI大单晶为母体，采用外延生长得到完全取向、有序的分子筛膜。这些独特制备技术和方法为分子筛膜材料的开发与应用提供了新思路。(无机合成化学，代表性论文7）

(5)从分子工程的思想出发，设计新的合成与组装路线，通过合理的反应途径，用CVD、MOCVD、PVD、原位合成等新技术实现了多种金属及合金（Au，Ag，Ni，CoPt等）、金属氧化物（CuO，Fe2O3等）、非金属单质和化合物（Si，BN）等在分子筛孔道内的组装和性能研究；并通过对不同形态的介孔材料的合成与负载评价，总结了介孔材料作为优良的药物、酶催化载体的一般规律。(无机合成化学，代表性论文8，10）

主要完成人： 裘式纶

组织制定了本项目的研究方向和整体研究方案。另外主要从事含杂原子分子筛和分子筛大单晶的合成研究；介孔材料孔道作为纳米反应器的分子剪裁，对1-5发现点均作出了一定的贡献。本项目研究占总工作量的60%。

朱广山

系统得研究了微孔分子筛纳米晶的合成；并利用纳米晶和金属网合成制备了高渗透性和高选择性的分子膜；进行了手性MOF的设计合成研究。对1，2，4发现点做出了贡献。本项目研究占总工作量的90%。

李晓天

在微孔分子筛和介孔分子筛孔道中组装了光学功能分子和半导体量子点，以介孔材料为模板制备了介孔金属氧化物。对第1，5发现点做出了贡献。本项目研究占总工作量的80%。

张宗弢

具有微孔孔壁的介孔分子筛催化材料的设计合成和微孔材料的离子打印研究；利用沸石分子筛结构导向剂为基块和表面活性剂自组装制备出多种不仅具有很好的水热稳定性而且还具有较强酸性的介孔材料MAS系列。以介孔材料为模板进行了金属及合金等纳米材料的制备。对第2，5发现点做出了贡献。本项目研究占总工作量的80%。

方千荣

成功的合成了多种具有分子筛拓扑结构和具有光电磁复合功能的金属有机骨架化合物。对第3发现点做出了贡献。本项目研究占总工作量的90%。