《973项目申报书——XXXXCB808700-G若干功能体系的定向设计与构筑》由会员分享，可在线阅读，更多相关《973项目申报书——XXXXCB808700-G若干功能体系的定向设计与构筑（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目名称：若干功能体体系的定定向设计计与构筑筑首席科学家家：于吉红 吉吉林大学学起止年限：2011.1至220155.8依托部门：教育部 中国科科学院二、预期目目标项目的总体体目标： 本项目的研研究目标标是揭示示若干功功能体系系定向设设计与构构筑中的的一些基基本规律律及原理理，进一一步发展展定向设设计与构构筑的一一些新理理论、新新方法、新新路线。在在此基础础上，解解决功能能体系定定向设计计与构筑筑的关键键科学问问题。通通过项目目的实施施，提升升我国化化学学科科前沿科科学研究究水平和和国际地地位，培培养一批批高层次次的研究究人才，形形成在国国际上有有重要影影响的研研究群体体和基地地，为促促进化学
2、学以及信信息、环环境、能能源、材材料、农农业及生生命等领领域的迅迅速发展展提供相相关科学学基础。五年预期目目标: I揭示功功能体定定向设计计与构筑筑的一些些基本规规律和原原理：（1）分子子在表界界面的自自组装规规律和基基本原理理（2）表界界面结构构与电子子性质的的构效基基本规律律（3）多孔孔结构选选择性构构筑及合合成反应应规律（4）金属属价态、基基元构型型、边臂臂协助的的功能作作用规律律（5）共价价键选择择性构建建规律II发展展功能体体系定向向设计与与构筑的的一些新新理论、新新方法、新新路线：（1）功能能分子表表界面有有序结构构调控的的新方法法（2）光电电与催化化功能体体系化学学调控的的新方法
3、法（3）特定定孔道结结构设计计与定向向构筑的的理论方方法（4）高选选择性构构建共价价键的理理论和新新方法III构构筑一些些新型功功能材料料：（1）基于于微纳多多级有序序结构光光电极和和新型有有机光电电功能材材料的太太阳能电电池和光光电传感感功能材材料（2）性能能优良的的光电磁磁功能配配合物材材料（3）性能能优良的的生物质质转化催催化剂(4）具有有高效催催化与吸吸附分离离功能的的多孔材材料（5）具有有高效催催化功能能的金属属有机化化合物材材料通过本项目目的实施施，形成成在国际际上有重重要影响响的研究究群体和和基地，培培养一批批高层次次研究人人才，其其中包括括5-110 名名国家杰杰出青年年基金获
4、获得者或或长江特特聘教授授，取得得诸多具具有国际际先进水水平的标标志性研研究成果果，发表表影响因因子3.0 以以上的SSCI 检索论论文3000 篇篇左右。三、研究方方案学术思路： 本项目以“分子工工程学”为指导导思想，以以若干功功能体系系为研究究对象，探探索分子子自组装装、表界界面及能能级结构构的调控控，多孔孔空间结结构的设设计构筑筑与合成成规律，金金属价态态、基元元构型、边边臂协助助的作用用机制，化化学键的的可控断断裂与形形成等关关键科学学问题，揭揭示相关关规律和和原理，进进一步发发展功能能体系定定向设计计与构筑筑的新理理论、新新方法、新新路线，为为促进化化学以及及信息、环环境、能能源、材
5、材料、农农业和生生命等领领域的迅迅速发展展提供相相关科学学基础。技术途径： 发挥我们在在单分子子表面自自组装研研究方面面的经验验积累和和研究特特长，通通过研究究分子基基底相互互作用和和分子间间相互作作用对于于表面自自组装过过程的影影响，建建立发展展利用表表面自组组装过程程实现分分子纳米米结构定定向构筑筑的方法法。在此此基础上上，设计计构筑功功能分子子的图案案化纳米米结构，并并研究图图案化分分子聚集集体的新新奇物理理化学性性质。利利用分子子和纳米米层次的的表界面面表征技技术，研研究功能能体系中中表界面面物理化化学过程程，探索索功能调调控的化化学基础础，为设设计、构构筑具有有新颖结结构和更更高性能
6、能的分子子基功能能体系提提供基础础技术支支持和理理论思路路。利用我们在在催化及及光电功功能体系系研制与与利用高高真空、低低温STTM 研研究表界界面结构构与电子子性质方方面的优优势，系系统开展展相关功功能体系系的设计计、定向向合成与与组装研研究，研研究表界界面结构构、能级级结构及及局域电电子态密密度对分分子选择择性活化化与能量量转化过过程的影影响规律律；利用用金属及及多金属属胶体簇簇、微纳纳结构半半导体及及表面功功能化碳碳材料，发发展生物物质催化化转化和和燃料电电池催化化剂；研研制新型型微纳多多级有序序结构光光电极和和有机光光电功能能材料，以以此为基基础发展展性能优优良的新新型太阳阳能电池池等
7、光电电功能体体系。在多孔催化化与吸附附分离体体系的研研究中，以以我们在在国际上上率先建建立的多多孔材料料合成反反应数据据库和结结构数据据库为基基础，将将实验合合成与理理论模拟拟相结合合，开展展功能导导向的多多孔材料料结构设设计与定定向合成成的理论论研究；利用各各种先进进的原位位表征技技术（如如SAXXS、HRTTEM、UV-Ramman、NMRR 等）揭揭示多孔孔功能材材料晶化化过程中中选择性性构筑及及形成机机制；建建立功能能-结构-合成之之间的关关系与规规律；在在此基础础上，实实现多孔孔功能体体系的功功能调控控，设计计构筑一一批具有有优异催催化与吸吸附分离离性质的的多孔功功能材料料。在创建光
8、电电功能配配合物体体系方面面，基于于分子工工程学思思想，针针对功能能的需求求，利用用量子计计算化学学和分子子力学等等方法设设计合适适的无机机（金属属）和有有机（配配体）构构筑单元元，探索索基块间间识别与与自组装装规律，构构筑具有有特定光光电功能能的零维维分子或或团簇、一一维链、二二维层、三三维骨架架以及类类四级结结构配合合物。根根据能量量最小原原则，充充分利用用基块的的结构构构型、基基块之间间的共价价、配位位、氢键键以及弱弱的范德德华作用用，调制制基块间间电子传传递、能能量转移移和自旋旋转换等等作用，认认识调制制体系物物理化学学光电功功能的微微观机理理，改进进和发展展实现配配合物功功能体系系分
9、子设设计的施施工方法法。在创建活性性金属有有机化合合物催化化功能体体系中，针针对本方方向的关关键科学学问题，将将应用金金属有机机化学中中相关概概念和原原理，如如软硬酸酸碱性匹匹配原理理、抓氢氢作用、金金属阳离离子- 体系系弱相互互作用、金金属d 轨道与与 体系系共轭离离域稳定定化作用用、次级级配位环环境调节节等，设设计合成成具有特特定金属属构型、低低氧化态态以及拥拥有多活活性位点点的金属属有机化化合物体体系，如如低氧化化态卡宾宾-3dd 金属属化合物物、低配配位碳二二宾-铁系金金属化合合物、官官能团化化的金属属杂环化化合物、丁丁二烯基基双金属属化合物物、硼杂杂苯-稀土化化合物等等，通过过各种谱
10、谱学手段段了解其其几何及及电子结结构，探探索这些些活性金金属有机机化合物物对各类类化学键键的反应应机制，调调控金属属有机化化合物的的反应活活性及选选择性，发发展从活活性金属属有机化化合物出出发的有有机功能能分子及及聚合物物材料合合成新方方法。在共价键形形成中选选择性控控制、高高选择性性形成共共价键反反应的设设计、功功能分子子构建的的研究中中，通过过研究过过渡金属属催化下下碳碳重重键、碳碳杂重键键、联烯烯的选择择性断裂裂、形成成过程，研研究过渡渡金属催催化下构构建碳碳碳键、碳碳氟键的的选择性性，揭示示催化体体系中配配体的配配位原子子，配体体结构、骨骨架的变变化与催催化体系系中金属属中心的的变化，
11、以以及底物物活性的的变化等等因素对对共价键键构建中中选择性性的影响响。利用用现代分分析手段段，通过过产物结结构、反反应中间间体以及及反应跟跟踪等研研究反应应过程，了了解催化化体系、底底物活性性等与选选择性关关系，并并由此设设计、发发展若干干新型选选择性构构建共价价键的方方法。创新点与特特色： 本项目以功功能为导导向开展展定向设设计与构构筑研究究，在分分子水平平上基于于不同结结构层次次(共价价键、分分子结构构、表界界面和电电子结构构、金属属-有机机配位结结构、多多孔空间间结构)揭示贯贯穿功能能-结构构-合成成三者之之间的基基本规律律以及原原理；将理论论计算模模拟引入入化学理理论建设设和科学学问题
12、研研究中，为为功能体体系的创创制提供供理论基基础。主主要创新新点如下下：（1）基于于分子工工程学的的思想设设计与调调控表界界面纳米米结构，为为研制催催化与光光电功能能材料提提供科学学基础；（2）根据据多孔催催化与吸吸附分离离功能的的化学基基础，设设计孔道道结构，开开发定向向设计合合成的新新路线；（3）基于于能量和和结构规规则，调调制基块块间电子子传递、能能量转移移和自旋旋转换，构构建光电电磁配合合物功能能材料；（4）利用用配体与与金属中中心电性性对金属属有机化化合物活活性的调调控，发发展高活活性催化化功能材材料；（5）通过配体的空间效应和活性中心微环境的调节，控制共价键形成的化学选择性。可行性
13、分析析： 本项目研究究目标明明确，且且有良好好的工作作积累，在在一些功功能体系系的功能能-结构-合成关关系的研研究方面面已获得得了一些些重要的的结果。扫扫描探针针显微技技术（SSPM）及及其它单单分子纳纳米表征征技术的的发展为为深入研研究表界界面自组组装规律律、表界界面结构构及电子子结构提提供了有有效手段段；在国国际上率率先建立立的多孔孔材料合合成反应应数据库库和结构构数据库库为多孔孔功能体体系的定定向设计计与构筑筑提供了了重要基基础；长长期的研研究表明明，通过过配体的的配位原原子、空空间和电电子效应应可以实实现对金金属配合合物性质质的调控控。课题题组在多多年合作作的基础础上，已已经形成成了一
14、支支在国际际上有影影响的研研究团队队，同时时项目依依托单位位也具有有良好的的实验条条件。相相信我们们能够完完成以上上所提出出的研究究计划，在在功能体体系的定定向设计计与构筑筑研究中中将取得得突破性性进展。 课题设置 ：课题一：课题名称：分子基基功能体体系的组组装规律律及应用用 承担单位： 中国科科学院化化学研究究所 课题负责人人： 王栋 学术骨干： 万立骏骏、白春春礼、胡胡劲松、杨杨德亮 经费比例： 10.5% 研究目标： 从分子层次次揭示自自组装结结构的基基本规律律和原理理，发展展可控制制造表面面纳米结结构的定定向设计计与构筑筑理论与与方法；深入理理解功能能体系中中表界面面结构与与功能之之间
15、的关关系，从从原理上上提出提提高功能能体系性性能的新新思路，形形成在国国际上有有特色的的研究领领域。研究内容： 表界面是众众多功能能体系的的基本结结构单元元。在表表界面设设计与构构筑具有有特定图图案化结结构和功功能的二二维分子子自组装装体不仅仅为研究究催化、光光电功能能材料等等研究提提供基础础支持，而而且为发发现、创创制新的的分子基基功能体体系提供供可能。本本课题以以具有原原子分辨辨的扫描描探针显显微技术术为主要要研究手手段，辅辅以各种种表面谱谱学技术术和理论论模拟，研研究并总总结分子子在二维维自组装装过程中中的普遍遍规律和和基本原原理，基基于分子子工程学学的思想想设计并并调控表表界面纳纳米结
16、构构。主要研究内内容如下下：1. 分子子二维自自组装的的基本原原理。研研究表面面单分子子的形态态，分子子-基底相相互作用用对表界界面单分分子的性性质的影影响；分分子组装装体中分分子间非非共价键键的种类类、性质质、定性性与定量量描述，以以及各种种非共价价键间的的相互作作用研究究；溶剂剂、浓度度、温度度、光、电电等外场场环境条条件对于于组装结结构的调调控。2. 功能能分子在在表界面面有序组组装结构构的调控控。以发发展表面面有序结结构构筑筑的新方方法为目目标，重重点研究究分子模模板法制制备表面面图案化化结构；大尺度度功能分分子有序序结构的的构筑；电，光光，溶剂剂等外场场调控的的图案化化自组装装过程等等。在此此基
