多核稀土金属-有机超分子笼封装Zintl阴离子及其用于催化二氧化碳固定反应的研究
批准号:
21701070
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
潘付兴
依托单位:
学科分类:
B0102.配位化学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪力、韩庆鑫、徐聪、董喆、张瑞莲
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中文摘要
稀土金属-有机超分子结合了稀土金属离子和有机配体两者的优点,在催化、磁性、传感、药物传输等诸多方面表现出优异的性能及潜在的应用价值;另一方面,芳香性Zintl离子,一种以德国化学家Zintl名字命名的主族元素聚阴离子簇,同样在催化等领域有着重要应用前景,然而,由于Zintl离子具有溶解范围窄、空气敏感等缺点,限制了其进一步应用。本项目拟设计并合成一系列具有芳香性的多齿席夫碱配体,与稀土离子组装成相应笼状超分子材料,利用芳香性堆积作用,将芳香性Zintl离子封装,在克服Zintl离子溶解范围窄及空气敏感等缺点的同时,进一步研究这类材料在二氧化碳环加成等催化反应中的应用。本项目还将结合理论计算深入研究Zintl离子与超分子笼的主客体相互作用,并探索催化反应的机理,根据结果反馈调节席夫碱配体的结构,不断发掘新颖而高效的稀土功能配合物材料。
英文摘要
Rare earth metal-organic supermolecules, combining the advantages of rare earth metal ions and organic ligands, have shown tremendous potential for applications in catalysis, magnetism, sensors, drug delivery and other fields. Moreover, aromatic Zintl ions, a kind of main group polyanion cluster named after Zintl who is a German chemist, also have broad application prospects in catalytic reactions. However, the disadvantages of narrow dissolution range and air sensitive have became barriers for the further utilizations of Zintl ions. This project aims at designing and preparing a series of aromatic Schiff base ligands to assemble the corresponding supramolecular cages with rare earth metal ions. The aromatic Zintl ions will be encapsulated in the cages via aromatic stacking, thus overcome the disadvantages. Then, these materials will be applied on catalytic reactions of small molecules, such as the cycloaddition of carbon dioxide. In addition, this project will focus on the host-guest interactions of supermolecules and the Zintl ions, as well as the mechanism of catalytic reactions through theoretical calculations. The results will in return help modify the ligand and explore novel and efficient rare earth functional complex materials.
四面体构型的白磷(P4)具有相对稳定,反应可控等特点,其反应性研究在磷化学中占有重要地位,然而其同族的等电子体黄砷(As4)在自然条件下倾向于转化为具有热力学稳定性,反应性能很差的灰砷。这一特点为黄砷的制备、储存及反应性研究带来了很大挑战。解决这一关键科学问题的有手段之一是利用其他元素对As4进行部分或全部等电子取代,而目前这一研究仍处于起步阶段。Zintl阴离子(Ge2As2)2−属于黄砷的同构体及二元等电子体。相比As4,(Ge2As2)2−具有制备简单,易于储存,同时保留较高的反应活性等优势,因此有望成为As4化学的重要延伸。本研究项目以Zintl团簇合成为基础,同时拓展到多核稀土及钛氧团簇的构筑,并开展了部分团簇化合物的催化性能研究以及高纯稀土卤化物的制备工艺研究,以期在未来将这些相互关联的探索方向进行有机结合,主要内容包括:1. 通过将金前体引入二元Zintl团簇,我们成功制备了笼状超级四面体构型的三元Zintl团簇,以及一系列杂超原子Zintl团簇二聚体,深入研究了团簇化合物的形成机制,为Zintl团簇及无机团簇的构筑及演化提供了一定的借鉴作用;2. 合成了一系列四核稀土团簇化合物,并成功应用于催化二氧化碳与环氧化合物形成环碳酸酯的反应,将温室气体二氧化碳变废为宝,为团簇化合物在催化小分子活化的方向上进行了进一步探索;3. 构筑了两例钛氧簇,进一步证实了通过掺杂铜离子,能显著提升钛氧簇的光催化性能,同时为钛氧簇的构筑及结构演化提供又一线索;4. 利用高温固相反应制备了一系列的增强红色荧光粉材料,优异的性能其使其可以作为白光发射二极管的潜在材料;5. 成功改进了高纯无水稀土卤化物的制备工艺,改进后的工艺具有生产过程简单安全、无副反应发生、制备的无水稀土卤化物纯度高、利于规模化生产等优势,具有一定的生产应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1002/anie.202008108
发表时间:2020-09-14
期刊:Angewandte Chemie (International ed. in English)
影响因子:--
作者:Pan F;Guggolz L;Weigend F;Dehnen S
通讯作者:Dehnen S
Construction of Two Novel Titanium Oxide Clusters: Copper Ion Introducing Enhances Photocatalytic Performance
两种新型氧化钛簇的构建:铜离子的引入增强了光催化性能
DOI:10.1002/ejic.202000715
发表时间:2020-10
期刊:European Journal of Inorganic Chemistry
影响因子:2.3
作者:Chengdong Liu;Yixin Wu;Xiangyu Meng;An Zhao;Yongliang Shao;Wei Liu;Xin Huang;Fu-Xing Pan;Weisheng Liu
通讯作者:Weisheng Liu
DOI:10.1039/c7dt03574h
发表时间:2017-12
期刊:Dalton transactions
影响因子:4
作者:Cong Xu;Yan Liu;Li Wang;Jing-xin Ma;Lizi Yang;Fuyan Pan;A. Kirillov;Weisheng Liu
通讯作者:Cong Xu;Yan Liu;Li Wang;Jing-xin Ma;Lizi Yang;Fuyan Pan;A. Kirillov;Weisheng Liu
Red-emitting enhancement by inducing lower crystal field symmetry of Eu3+ site in CaWO4:Eu3+ phosphor for n-UV w-LEDs
通过诱导 CaWO4:Eu3 荧光粉中 Eu3 位点的晶体场对称性降低来增强 n-UV w-LED 的红光发射
DOI:10.1016/j.jallcom.2017.12.242
发表时间:2018-03-30
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Xia, Minfang;Ju, Zhenghua;Liu, Weisheng
通讯作者:Liu, Weisheng
Lanthanide clusters as highly efficient catalysts regarding carbon dioxide activation
镧系元素簇作为二氧化碳活化的高效催化剂
DOI:10.1039/c9nj05831a
发表时间:2020-04-07
期刊:NEW JOURNAL OF CHEMISTRY
影响因子:3.3
作者:Hou, Wei;Wang, Gang;Pan, Fuxing
通讯作者:Pan, Fuxing
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