973項目申報書——xxxxcb808700-g若干功能體系的定向設(shè)計與構(gòu)筑-資料下載頁
2025-05-14 05:53本頁面
【正文】 三年繼續(xù)開展不同功能體系的設(shè)計合成，并進(jìn)行功能調(diào)控，包括通過分子間弱相互作用誘導(dǎo)其它功能有機(jī)分子在模板表面形成可調(diào)控的功能納米結(jié)構(gòu),通過化學(xué)修飾等方法在功能分子上引入組裝基團(tuán)，調(diào)控功能分子的組裝行為和組裝結(jié)構(gòu),混合價金屬配合物基塊的合成及空間自旋電子排布調(diào)控，具有特定電子與幾何結(jié)構(gòu)的金屬和有機(jī)基塊的設(shè)計、有序組裝與性能調(diào)控等。研究配合物基態(tài)和激發(fā)態(tài)的氧化還原性及其光誘導(dǎo)下的電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞過程，探索活性金屬有機(jī)化合物對各類化學(xué)鍵以及化學(xué)小分子的計量反應(yīng)模式，闡述金屬有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性及選擇性之間的關(guān)系，研究多孔材料成核和晶體生成過程中各種無機(jī)物種和有機(jī)物種間的反應(yīng)、聚合和組裝過程，研究重鍵化合物在催化劑各種因素變化下反應(yīng)中涉及的中間體和過渡態(tài)，深入理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。發(fā)展分子模板法、共吸附、主客體組裝等具有普適意義的自組裝新方法，組裝具有特定結(jié)構(gòu)的高低自旋間的自旋交叉體系，組裝具有光電、熱電以及多孔磁體等復(fù)合功能配合物材料，以分子組裝規(guī)律和原理為指導(dǎo)，設(shè)計具有特定結(jié)構(gòu)的功能分子，實現(xiàn)功能組裝納米結(jié)構(gòu)的定向構(gòu)筑，開發(fā)幾種具有催化和吸附分離功能的多孔功能材料，研制出性能優(yōu)異的基于氧化鈦微納分級結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池材料，發(fā)現(xiàn)若干金屬有機(jī)化合物與小分子及化學(xué)鍵作用新模式，發(fā)展高效、高選擇性共價鍵催化劑和催化體系。第四年研究有序功能納米結(jié)構(gòu)中分子聚集體的性質(zhì)和功能，以及與結(jié)構(gòu)變化相關(guān)聯(lián)的物理化學(xué)性質(zhì)變化，構(gòu)造不同的表面結(jié)構(gòu)；研究Fe、Co、Ni、Mn等金屬原子在表面形成一維和二維勢阱的電子性質(zhì)和分子吸附、活化和反應(yīng)特性；研究孔結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)和能級結(jié)構(gòu)對光電轉(zhuǎn)換性能的影響；研制金屬及合金納米簇基復(fù)合納米催化劑，研究電子傳遞和能量轉(zhuǎn)移的機(jī)理及對材料光電性質(zhì)的影響；利用配體場理論和物理伊辛模型，調(diào)變金屬離子和配體間交換和自旋取向；設(shè)計合成具有特定孔道和功能基元的高效催化與吸附分離多孔材料；深入理解合成結(jié)構(gòu)功能的關(guān)系，發(fā)展從活性金屬有機(jī)化合物出發(fā)的小分子轉(zhuǎn)化、有機(jī)功能分子及聚合物材料合成新方法；構(gòu)建能夠從分子（納米）尺度上進(jìn)行儲能器件和光電功能體系界面結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)過程原位觀測的表征技術(shù)平臺，探討利用各種影響因素，設(shè)計新型共價鍵構(gòu)建反應(yīng)。探索總結(jié)分子在自組裝結(jié)構(gòu)中的聚集形態(tài)與性質(zhì)之間的關(guān)系；探索不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電子性質(zhì)的變化對表面分子反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用；探索新的規(guī)律和現(xiàn)象，發(fā)展新型光電轉(zhuǎn)換功能材料；發(fā)現(xiàn)分子基磁體的可控合成規(guī)律，制備具有優(yōu)良性質(zhì)的單分子和單鏈磁體；開發(fā)幾種從活性金屬有機(jī)化合物出發(fā)的功能分子及聚合物合成新方法；實現(xiàn)共價鍵選擇性構(gòu)建反應(yīng)的設(shè)計。第五年對前期研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)一步拓展自組裝構(gòu)筑分子基功能體系的方法，發(fā)展大尺度、多層次、三維復(fù)雜功能分子有序結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)筑；繼續(xù)開展新型納米簇基復(fù)合催化劑研究；總結(jié)金屬氧化態(tài)、金屬中心構(gòu)型以及協(xié)同作用對金屬有機(jī)化合物反應(yīng)功能調(diào)節(jié)的規(guī)律；系統(tǒng)認(rèn)識共價鍵構(gòu)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。各課題相互合作，結(jié)合國家需求，創(chuàng)建若干具有優(yōu)良催化與吸附分離、光電、能量儲存與轉(zhuǎn)化功能能的新型功能材料。揭示特定功能體系催化與吸附分離、光電、能量儲存與轉(zhuǎn)換功能的化學(xué)基礎(chǔ)；研制出若干在能源、信息、環(huán)境、材料等領(lǐng)域有重要應(yīng)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(jī)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(jìn)的能源小分子轉(zhuǎn)化及聚合材料等 一、研究內(nèi)容擬解決的關(guān)鍵科學(xué)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(shè)計與構(gòu)筑的如下關(guān)鍵科學(xué)問題：1）分子自組裝、表界面及能級結(jié)構(gòu)的調(diào)控；2）多孔空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計構(gòu)筑與合成規(guī)律；3）金屬價態(tài)、基元構(gòu)型、邊臂協(xié)助的作用機(jī)制；4）化學(xué)鍵的可控斷裂與形成。主要研究內(nèi)容包括： 本項目的研究是基于“分子工程學(xué)”思想，以特定功能（如催化與吸附分離、光電、能量儲存與轉(zhuǎn)換）為導(dǎo)向，在分子水平上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與剪裁，實現(xiàn)特定功能體系的定向合成、制備與組裝。我們選擇若干功能體系為研究對象，主要研究內(nèi)容如下：（一）單分子二維自組裝規(guī)律及表界面結(jié)構(gòu)、能級結(jié)構(gòu)的化學(xué)調(diào)控及構(gòu)效規(guī)律。以具有原子分辨的掃描探針顯微技術(shù)為主要研究手段，輔以各種表面譜學(xué)技術(shù)和理論模擬，研究并總結(jié)分子在二維自組裝過程中的普遍規(guī)律和基本原理，設(shè)計并調(diào)控功能分子在表界面的有序組裝結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)建新型分子基功能體系提供理論基礎(chǔ)；利用高真空、低溫STM，時間分辨光譜等方法在分子水平上研究表界面結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)對分子選擇性催化轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化過程的影響規(guī)律。發(fā)展生物質(zhì)選擇性催化轉(zhuǎn)化和燃料電池催化劑，研制基于微納多級有序結(jié)構(gòu)光電極和有機(jī)光電材料的新型太陽能電池和光電傳感等功能材料。（二）多孔空間結(jié)構(gòu)篩分效應(yīng)、結(jié)構(gòu)選擇性構(gòu)筑與合成反應(yīng)機(jī)理。揭示多孔功能材料催化與吸附分離功能的化學(xué)基礎(chǔ)，研究空間結(jié)構(gòu)篩分效應(yīng)對功能的選擇性調(diào)控，進(jìn)一步根據(jù)特定功能的需求對孔道進(jìn)行設(shè)計、剪裁與修飾，建立多孔體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論與方法，研究結(jié)構(gòu)選擇性構(gòu)筑與合成反應(yīng)機(jī)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(gòu)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(chǔ)。（三）金屬氧化態(tài)、基元構(gòu)型及協(xié)同作用對化合物的功能作用機(jī)制。通過對金屬中心及配體的調(diào)控，從物理和化學(xué)原理涉及的微觀結(jié)構(gòu)和成鍵規(guī)則，進(jìn)行光電磁配合物功能體系的分子設(shè)計和功能調(diào)控；研究金屬氧化態(tài)、化合物構(gòu)型、配體的空間及電子效應(yīng)、配體的邊臂效應(yīng)對金屬有機(jī)化合物反應(yīng)性能的影響規(guī)律，調(diào)節(jié)金屬有機(jī)化合物的反應(yīng)選擇性，發(fā)展功能有機(jī)分子及有機(jī)聚合材料合成的新方法，創(chuàng)建具有催化或促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化功能的活性金屬有機(jī)化合物功能材料。（四）化學(xué)鍵選擇性剪裁與反應(yīng)設(shè)計。探索共價鍵形成過程中的科學(xué)問題，研究影響選擇性的因素及其規(guī)律、催化劑與底物作用方式、催化效率等基本問題，定向設(shè)計高選擇性斷裂、形成共價鍵的新方法，建立共價鍵構(gòu)建選擇性的理論，構(gòu)筑功能分子催化材料。14 / 1
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