973項目申報書——xxxxcb808700-g若干功能體系的定向設計與構筑(存儲版)
【正文】 模式，以此為基礎發(fā)展有機官能團轉化及有機功能分子合成新方法。主要研究研究如下：1. 研究催化體系在聯(lián)烯、碳碳重鍵、碳雜重鍵反應中催化劑配體的骨架，配位原子變化以及中心金屬變化，底物活性變化等因素對反應選擇性的影響，研究次級效應（氫鍵、弱配位）、溶劑、添加劑等因素對共價鍵構建選擇性的影響，研究聯(lián)烯、碳碳重鍵、碳雜重鍵的高效、高選擇性官能化，研究碳氟鍵等特殊共價鍵的高選擇性構建，運用現(xiàn)代物理、化學手段，深入認識各種影響選擇性因素的作用方式和作用途徑，認識催化劑與底物相互作用的過程，發(fā)現(xiàn)其中共性因素和規(guī)律，提高共價鍵構建的效率和選擇性。合成一批具有潛在優(yōu)良性能的功能材料，包括具有優(yōu)異催化、吸附與分離（如儲能、俘碳）性能的多孔材料，具有良好電子傳遞和能量轉移性質的金屬配合物，基于微納多級有序結構光電極的太陽能電池、單層有機光受體，多孔配位聚合物及其納米晶材料等；理解和認識功能體定向設計與構筑的一些基本規(guī)律和原理，包括理解各種環(huán)境和外場條件對分子納米結構調控的方法和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)低維配合物型分子磁體的形成過程和磁性的規(guī)律，從分子水平上認知金屬有機化合物中金屬中心與配體之間的立體和電子相互作用，了解多孔化合物成核和晶體生成過程，研究共價鍵斷裂和形成中影響選擇性和效率的共性問題等。揭示特定功能體系催化與吸附分離、光電、能量儲存與轉換功能的化學基礎；研制出若干在能源、信息、環(huán)境、材料等領域有重要應用前景的性能優(yōu)異的新型功能材料，包括分子基功能納米器件，染料敏化太陽能電池，新型單層有機光受體及納米熒光探針，高效催化與吸附功能的多孔催化與吸附分離材料，促進的能源小分子轉化及聚合材料等 一、研究內容擬解決的關鍵科學問題包括： 本項目將以若干功能體系為研究對象，揭示功能體系定向設計與構筑的如下關鍵科學問題：1）分子自組裝、表界面及能級結構的調控；2）多孔空間結構的設計構筑與合成規(guī)律；3）金屬價態(tài)、基元構型、邊臂協(xié)助的作用機制；4）化學鍵的可控斷裂與形成。通過對金屬中心及配體的調控，從物理和化學原理涉及的微觀結構和成鍵規(guī)則，進行光電磁配合物功能體系的分子設計和功能調控；研究金屬氧化態(tài)、化合物構型、配體的空間及電子效應、配體的邊臂效應對金屬有機化合物反應性能的影響規(guī)律，調節(jié)金屬有機化合物的反應選擇性，發(fā)展功能有機分子及有機聚合材料合成的新方法，創(chuàng)建具有催化或促進物質轉化功能的活性金屬有機化合物功能材料。揭示多孔功能材料催化與吸附分離功能的化學基礎，研究空間結構篩分效應對功能的選擇性調控，進一步根據(jù)特定功能的需求對孔道進行設計、剪裁與修飾，建立多孔體系結構設計的理論與方法，研究結構選擇性構筑與合成反應機理，開發(fā)多孔功能體系定向合成的理論方法和實驗途徑，為構筑具有高效催化與吸附分離性能的新型多孔功能材料提供理論基礎。第五年對前期研究成果進行歸納總結，進一步拓展自組裝構筑分子基功能體系的方法，發(fā)展大尺度、多層次、三維復雜功能分子有序結構的設計和構筑；繼續(xù)開展新型納米簇基復合催化劑研究；總結金屬氧化態(tài)、金屬中心構型以及協(xié)同作用對金屬有機化合物反應功能調節(jié)的規(guī)律；系統(tǒng)認識共價鍵構筑中選擇性影響因素以及規(guī)律；開發(fā)多孔材料定向合成的理論方法，制備和合成多孔功能材料新方法和新路線。開發(fā)以功能為導向多孔骨架結構的設計方法；制備一些特殊功能和結構的無機材料，包括具有特定形貌及復合晶相結構的氧化鈦納米結構，結構與性能可控的表面量子結構，具有新穎結構和組成的多孔功能化合物，具有良好光電子傳化效率的超分子體系，含第二、三系列過渡金屬離子的系列單分子磁體等；掌握單組分和多組分分子在表界面的組裝規(guī)律和基本原理，認識多面體基塊通過分子識別和組裝及自組裝規(guī)律，了解制備活性金屬有機化合物對配體的立體特性、‘軟硬’度要求的經(jīng)驗規(guī)律，認識催化劑中配體結構、立體因素和電子因素，以及不同金屬，金屬的不同配位模式對共價鍵斷裂和形成反應的影響。豐富、完善對共價鍵構建選擇性控制的手段，在選擇性構建共價鍵方面發(fā)展新方法學，在共價鍵構建選擇性的理論以及新型共價鍵構建反應設計開發(fā)方面取得標志性的成果。研究內容： 為探索金屬中心氧化態(tài)、金屬有機化合物構型、配體邊臂參與對金屬有機化合物反應功能的影響等關鍵科學問題，我們將依據(jù)分子工程學研究思路設計和合成活性金屬有機化合物，通過對金屬中心及配體的調節(jié)對金屬有機化合物的反應性能的進行控制，發(fā)展從活性金屬有機化合物出發(fā)的有機功能分子及聚合物材料合成新方法。研究內容： 以在材料、能源、信息和環(huán)保等領域有重大應用的特定化學和物理功能為導向，通過配位化學、凝聚態(tài)物理和材料科學等學科的相互交叉和滲透，充分發(fā)揮及應用物理的譜學實驗方法及量子化學理論，特別是從物理和化學原理涉及的微觀結構和成鍵規(guī)則，進行超分子化學體系的理論設計和功能的闡明，建立光電功能配合物體系的定向設計與構筑的相關理論。2. 多孔功能材料合成反應機理的研究。3. 研制對C1 至C3 醇氧化具有高活性的燃料電池催化陽極，研制對氧還原反應具有高選擇性和高活性的燃料電池催化陰極，探索解決直接醇燃料電池中醇透膜導致電池性能下降問題的新途徑。3. 功能分子體系的表界面基礎研究。研究內容： 表界面是眾多功能體系的基本結構單元。利用現(xiàn)代分析手段，通過產(chǎn)物結構、反應中間體以及反應跟蹤等研究反應過程，了解催化體系、底物活性等與選擇性關系，并由此設計、發(fā)展若干新型選擇性構建共價鍵的方法。在此基礎上，設計構筑功能分子的圖案化納米結構，并研究圖案化分子聚集體的新奇物理化學性質。在此基礎上，解決功能體系定向設計與構筑的關鍵科學問題。在多孔催化與吸附分離體系的研究中，以我們在國際上率先建立的多孔材料合成反應數(shù)據(jù)庫和結構數(shù)據(jù)庫為基礎，將實驗合成與理論模擬相結合，開展功能導向的多孔材料結構設計與定向合成的理論研究；利用各種先進的原位表征技術（如SAXS、HRTEM、UVRaman、NMR 等）揭示多孔功能材料晶化過程中選擇性構筑及形成機制；建立功能結構合成之間的關系與規(guī)律；在此基礎上，實現(xiàn)多孔功能體系的功能調控，設計構筑一批具有優(yōu)異催化與吸附分離性質的多孔功能材料?？尚行苑治觯?
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