基本信息
- 项目名称：
- 缠绕金属-有机化合物的设计、合成以及拓扑研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 金属-有机网格配位聚合物通常是由有机配体与金属离子通过自发自组装过程形成的，并具有周期性网络拓扑结构，因此，普遍认为它既有复合高分子的特性，同时也具有配位聚合物独特的秉性。因此，它的研究不仅仅局限在配位化学领域，应当是一名跨越了无机化学、配位化学、有机化学、物理化学、超分子化学、材料化学、生物化学、晶体工程学和拓扑学等多个学科领域的新明星。
- 详细介绍：
- 金属-有机网格配位聚合物(Metal-Organic Framework coordination polymers, 简称MOFs)通常是由有机配体与金属离子通过自发自组装过程形成的，并具有周期性网络拓扑结构，因此，普遍认为它既有复合高分子的特性，同时也具有配位聚合物独特的秉性。这种本性决定了此类材料既不同于一般的有机聚合物，也不同于传统的Si-O沸石类的无机聚合物。尽管其发展从提出到现在也不过短短的十几年，但是其优点却是层出不穷，比方说多样的有机配体和各类金属离子的自组装必然带来丰富的空间拓扑结构，独特的光、电、磁等性质，以及其在纳米器件、生物器件上的应用。近年，金属-有机网格聚合物更是研究者们的理想殿堂，理性或定向合成、裁剪、修饰、及各个领域的应用都是我们追求的目标，因此，它的研究不仅仅局限在配位化学领域，应当是一名跨越了无机化学、配位化学、有机化学、物理化学、超分子化学、材料化学、生物化学、晶体工程学和拓扑学等多个学科领域的新明星。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品致力于通过纳米长度的双吡啶配体、有机多酸配体以及金属离子的自组装构建新颖的缠结网络，研究这类化合物的合成条件及组装规律、探索化合物在环境污染、能源储存等方面的相关潜能。
科学性、先进性及独特之处
- 设计、合成缠结结构并研究其拓扑构型和相关潜能是当前配位化学研究的热点内容之一。选用利用纳米长度的柔性、刚性配体或者混配体与金属离子或者金属簇离子构筑新颖拓扑的缠结网络，这是本作品的独特之处。
应用价值和现实意义
- 本作品中我们报道了数例国内外文献中非常罕见的缠绕结构，极大程度上丰富了缠绕结构和相关领域，具有很大的社会意义。同时本作品中的数个化合物具有发光和潜在的非线性光学、铁电、压电、多孔性能，从而具有潜在的实用价值。
学术论文摘要
- 通过4，4′-联吡啶配体，我们构建了一例世界上非常少见的基于螺旋结构的三次缠绕结构, 此成果发表在2011年的CrystEngComm上。然后，我们设计了一系列不同长度的酰胺配体，它们的长度从2nm到4nm。通过溶剂热合成以及多酸配体的选择，我们制备了5个具有缠绕现象的酰胺配合物，它们分别具有2—10重缠绕现象，它们单一的网格具有常见的dia，CdSO4拓扑结构，其中一例具有罕见的6˙105拓扑符号。通过以上研究，我们发现大尺寸的酰胺配体非常容易构建缠绕网格，并且其表现出的缠绕结构都是国内外研究中从未发现过的，且其中的10次缠绕结构代表了国内外研究中得世界之最高缠绕现象。同时本作品中的数个化合物具有发光和潜在的非线性光学、铁电、压电、多孔性能，从而具有潜在的实用价值。
获奖情况
- New topology observed in highly rare interlaced triple-stranded molecular braid, CrystEngComm. 2011, 13, 421-425. (SCI, 影响因子=4.2)
鉴定结果
- 本作品选题新颖、设计思路清晰，其研究成果处于国内外领先水平，填补了国内外高次缠绕结构的空白，且在英国皇家化学CrystEngComm期刊上已经发表一篇有关缠结结构的SCI论文。
参考文献
- 可通过ISI或者CA查询。
同类课题研究水平概述
- 缠结现象是宏观世界中普遍存在的现象，例如奥运会徽标中相互交织的五环、奥迪车标中互相嵌套的四环以及日常生活中的锁链等，在几何学中缠结现象也有体现，比如著名的Borromean环等。然而在微观世界中，这种缠结现象由于其自身结构的特殊性而显得并不普遍。缠结网络是指在配位网络中各个组成部分通过相互连锁和交织等方式构筑的更为复杂的分子扩展体系,例如DNA中的双螺旋结构、轮烷、锁烃和分子结等。从结构特点出发，缠结网络可以分为互穿网络，自穿网络和新类型缠结网络三种类型,其中互穿网络是目前报道最多的缠结类型，而自穿网络(又称多结)和新类型的缠结网络(包括多连锁，多轮烷，多线穿等)却极少被报道。有些缠结类型虽然已通过几何学的方法预测到，但至今仍没有实例发现。在我们已发表的论文中（CrystEngComm, 2010），我们报导了一例非常少见的三次缠绕分子编织物，通过拓扑研究，我们发现它在拓扑矩阵上完全不同于已经报导的三次缠绕分子编织物（X.J. Luan, Y.Y. Wang, D. S. Li, P. Liu, H. M. Hu, Q. Z. Shi, and S. M. Peng, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3864；(SCI, 影响因子=11.8)X.J. Luan, X. H. Cai, Y.Y. Wang, D. S. Li, P. Liu, H. M. Hu, Q. Z. Shi, and S. M. Peng, Chem. Eur. J. 2006, 12, 6281. (SCI, 影响因子=5.4)）。并且诱导配合物生成的因素也完全不同，文献是中氢键，而我们观察到的是pei-pei相互作用。本作品中个，其他酰胺配体构建的缠绕结构具有国内外罕见的高次缠绕结构，迄今国内外文献中报导的最高缠绕次数为8次，而我们的缠绕次数高达10次，并且还就有潜在的多孔性。此外，我们还构建了一例高缠绕奇数次缠绕网格，这对于构建奇数次缠绕结构有重要指导意义。
