含硫及其它杂原子的金属有机骨架材料结构设计及其电子结构调控研究
批准号:
51472255
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
陈亮
依托单位:
学科分类:
E02.无机非金属材料
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
王旸、林贻超、王厚源、邓萍、林浩、闫秋菊
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中文摘要
金属有机骨架材料是近十几年来发展迅速的一种新型无机功能材料,目前对其研究仍大多集中在气体的吸附分离上,为了拓展这类材料在电学、光学和磁学等新领域的应用,究其根源亟需寻找能有效调控金属有机骨架材料电子结构的方法,获得理想的电、光、磁性质。我们在本项目中拟采用多尺度计算与实验合成相结合的方法,通过选择含硫或其它杂原子有机配体和具有氧化还原活性的金属中心设计和构筑新型金属有机骨架材料,力图阐明杂原子/金属中心与电子结构之间的构效关系并据此调控其电子结构;同时我们还将研究客体分子对金属有机骨架材料电子结构的影响,力图揭示主客体相互作用使金属有机骨架材料电子结构发生变化的内在机制和规律。我们希望通过本项目的实施,能设计出若干种具有新颖电子结构的金属有机骨架材料,为拓展其在传感、电子材料等领域的应用提供思路和理论参考。
英文摘要
Metal-organic framework (MOF) is a novel family of fast-developed inorganic functional materials in the recent decade. To date, most published studies on these materials are mainly focused on the gas adsorption and separation. To further explore the new applications for MOFs in the field of electronics, optics and magnetics, it is necessary to find an efficient method to modulate the electronic structures of MOFs in order to achieve the desirable electronic, optical or magnetic properties. In this proposal, we plan to design and construct a series of novel MOF structures, which is composed of hetero-atoms (e.g., sulfur) and redox-active metals, by means of the combination of multi-scale simulations and experimental synthesis/characterizations. We will attempt to elucidate the intrinsic mechanism and relationship between the MOF electronic structures and organic ligand/metal centers. In particular, we will focus on the role of the hetero-atoms. In the meantime, we will also investigate how guest molecules influence the electronic structures of MOFs, in order to unravel the intrinsic mechanism of the guest-host interactions on the MOF electronic structures. Hopefully, upon the completion of this project, we are able to design and prepare some novel MOFs with modulated electronic structures. And our study can provide some insight and theoretical references for broadening the applications of MOFs in the field of sensing, electronic materials.
金属有机框架MOF基材料是近十几年来发展迅速的新型无机功能材料,为了拓展其应用,本项目中我们采用多尺度计算模拟与实验合成相结合的方法,设计与构筑了一系列含有杂原子的新型金属有机框架MOF基材料及其衍生物,阐明杂原子/金属中心与电子结构之间的构效关系并以此进一步调节其电子结构,探索MOF基材料及其衍生物在光电催化、气体分离等领域的应用。在本项目中,1)我们系统研究了杂化金属有机框架材料MOF-74的电子结构,阐明了Ni等杂原子与MOF-74电子结构之间的构效关系;2)以设计MOF基衍生物电催化剂的表面构造和电子结构为出发点,发展出了可以在酸性电解液中应用的高活性且稳定的OER电催化剂。我们以通过Ru阳离子交换后的杂化MOF衍生物作为前驱体,在空气中焙烧制备了由超小纳米晶粒组装而成的Cu掺杂的RuO2空心八面体材料,在进一步研究中,我们基于Cr基MOF材料MIL-101,通过吸附RuCl3前驱体、退火等手段成功制备出了新型CrO2-RuO2固溶体材料,该系列材料在10mA cm-2电流密度下,其过电位仅为178mV,并且经过10000次循环后,过电位仅升高了11mV,远优于商业RuO2;3)我们利用第一性原理方法研究发现:与碳元素的sp2杂化类似,过渡金属元素在二维单原子层结构中存在一种亚稳杂化态-准sd4杂化态,其对低维过渡金属元素纳米结构的形貌起着决定性的影响;4)基于MOF,我们制备一种MOF/有机硅杂化复合膜,对H2与CO2等气体展现了优异的分离性能。
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:10.1016/j.commatsci.2017.08.016
发表时间:2017-11
期刊:Computational Materials Science
影响因子:3.3
作者:Jianhui Yang;Xuepiao Luo;Xumeng Zhou;Shaozheng Zhang;Jia Liu;Y. Xie;L. Lv;Liang Chen
通讯作者:Jianhui Yang;Xuepiao Luo;Xumeng Zhou;Shaozheng Zhang;Jia Liu;Y. Xie;L. Lv;Liang Chen
Nanoscale MOF/organosilica membranes on tubular ceramic substrates for highly selective gas separation
管状陶瓷基底上的纳米级 MOF/有机硅膜,用于高选择性气体分离
DOI:10.1039/c7ee00830a
发表时间:2017-08-01
期刊:ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
影响因子:32.5
作者:Kong, Chunlong;Du, Hongbing;Chen, Banglin
通讯作者:Chen, Banglin
DOI:10.1063/1.4967983
发表时间:2016-11
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Jianhui Yang;Xumeng Zhou;Xuepiao Luo;Shaozheng Zhang;Liang Chen
通讯作者:Jianhui Yang;Xumeng Zhou;Xuepiao Luo;Shaozheng Zhang;Liang Chen
Enhanced Electrocatalysis for Energy-Efficient Hydrogen Production over CoP Catalyst with Nonelectroactive Zn as a Promoter
以非电活性锌为促进剂的 CoP 催化剂增强电催化高效节能制氢
DOI:10.1002/aenm.201700020
发表时间:2017-08-09
期刊:ADVANCED ENERGY MATERIALS
影响因子:27.8
作者:Liu, Tingting;Liu, Danni;Sun, Xuping
通讯作者:Sun, Xuping
Facile synthesis of Fe-MOF/RGO and its application as a high performance anode in lithium-ion batteries
Fe-MOF/RGO的简便合成及其作为高性能锂离子电池负极的应用
DOI:10.1039/c6ra01645f
发表时间:2016-03
期刊:Rsc Advances
影响因子:3.9
作者:Jin Yan;Zhao Chongchong;Sun Zixu;Lin Yichao;Chen Liang;Wang Deyu;Shen Cai
通讯作者:Shen Cai
基于固体氧化物燃料电池技术的中温CO2电还原材料设计与基础问题研究
- 批准号:LD21E020001
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
高效吸附分离二氧化碳的富胺磁性框架材料设计及其对磁场响应机理的研究
- 批准号:51872306
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
新型水系混合阳离子二次电池的基本原理及应用研究
- 批准号:51404233
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
吸附和催化氢化CO2双功能多孔复合材料的计算设计和制备研究
- 批准号:51272260
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
优化多孔材料氢溢流效率及储氢性能的计算研究
- 批准号:51072204
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
氢溢流技术及过渡金属团簇氢催化活性的计算研究
- 批准号:10844001
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:陈亮
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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