多孔芳香骨架（PAFs）——有机分子筛

时间：11月12日（周六）下午16点

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报告人简介：

朱广山教授，博士生导师，东北师范大学化学学院院长，国务院学位委员会学科评议组成员，国家杰出青年基金获得者，教育部国家级人才特聘教授。1993年毕业于吉林大学化学系；1998年获吉林大学化学系博士学位；1999-2000年在日本东北大学做博士后研究；2001-2015年任吉林大学教授。2015年至今任东北师范大学教授，多酸与网格材料化学教育部重点实验室主任。担任Chemical Synthesis配位化学领域编辑，《Science China Materials》、《Acta Chimica Sinica》、《Chinese Chemical Letters》编委，《Matter》和《ACS Central Science》顾问委员会成员。

朱广山教授长期从事新型多孔材料的定向合成、性质与结构研究、以及潜在应用的开发。研究工作涉及吸附分离导向的多孔芳香骨架（PAFs）的设计合成及先进功能应用，多孔支撑膜的制备及其气体分离，金属有机框架材料的设计合成以及纳米孔材料药物传输体系等方面的研究。在上述各前沿领域中取得了丰硕的成果，研究成果受到国际同行的高度认可。近年来，在国际核心学术刊物上发表SCI论文400余篇, H-index为79，出版英文专著2部，获得国内授权专利20余项。主持国家自然科学基金、重点项目、面上项目、国际科技合作与交流专项等项目。2008年获国家自然科学奖二等奖（第二完成人），2018年获吉林省科学技术奖一等奖（第一完成人）。

报告摘要：

分子筛材料具有高比表面积、纳米尺度孔道和良好的水热稳定性等特点，在催化、吸附、分离等领域具有重要应用价值，为满足我国在能源与环境方面的重大战略需求做出了突出贡献。为了提高分子筛材料的孔道可修饰性和化学稳定性，我们将传统的分子筛材料的元素构成由无机或无机有机杂化成分拓展到纯有机成分，首创了一类有机分子筛——多孔芳香骨架材料（PAFs）。PAFs由芳基结构单元通过碳碳键连接而成，具有稳定性高、比表面积大、可修饰性强等优势，在气体储存和分离、传感、催化、光电等展现了优良的性能。[1, 2]为了获得具有特定结构和可控性质的多孔芳香骨架材料，选择合适的结构基元和有效的偶联反应类型具有非常重要的意义。在计算机设计模拟的帮助下，我们设计、合成了一系列多孔芳香骨架材料。通过研究其拓扑学结构，筛选确定合适的结构基元和高效的聚合反应。一个典型例子是通过结构基元工程学设计获得的PAF-100和PAF-101材料，具有超过5000 m2/g的BET比表面积，在298K，70bar条件下的甲烷吸附量达到742 cm3/g以及622 cm3/g。[3]

基于多孔芳香骨架材料的结构可设计性这一特点，开发功能型有机分子筛：具有阴离子中心、富电子炔键以及苯环等多种活性位点的PAF材料具有高达2700 mg/g的碘蒸气吸附量（Fig. 1a）。[4]通过在孔道内构建导电介质，利用电场作为驱动力实现PAFs材料高效海水提取铀（Fig. 1b）。[5]与具有催化活性的多酸阴离子结合，同时调控PAFs的孔隙率和多酸的催化活性（Fig. 1c）。[6]多孔芳香骨架材料显示了作为有机分子筛的独特性能，已成为多孔材料家族的研究热点，有望在能源与环境相关的新型功能材料领域获得更多的突破性进展。

Fig. 1 PAF materials with (a) multiple active sites for iodine uptake, (b) combination of chemical chelating and electric field driven of uranium species and (c) porosity modulation via polymetalate anions.

参考文献

[1] Zou X. Q., Ren H., Zhu G. S., Chem. Commun., 2013, 49, 3925.

[2] Tian Y. Y., Zhu G. S., Chem. Rev., 2020, 120, 8934−8986.

[3] Li M. P., Ren H., Sun F. X., Deng F., Zhu G. S. et. al., Adv. Mater., 2018, 30, 1804169.

[4] Yan, Z. J.; Yuan, Y.; Tian, Y. Y.; Zhang, D. M.; Zhu, G. S. et. al., Angew. Chemie Int. Ed., 2015, 54, 12733.

[5] Wang Z. Y., Meng Q. H., Ma R. C, Yuan Y., Zhu C. S. et. al., Chem, 6, 1683–1691.

[6] Song J., Li Y., Tian Y. Y., Wang X. H., Zhu G. S., et. al., Adv. Mater., 2019, 31, 1902444.