固定空氣中二氧化碳構(gòu)筑碳酸根橋聯(lián)金屬籠形化合物

2022年8月18日，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030年）》。方案中明確指出科技創(chuàng)新是同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵。雙碳方案中，控制CO2的排放量是重中之重。CO2是自然界中最豐富的C1構(gòu)筑模塊。它被光合作用生物轉(zhuǎn)化為碳水化合物，并在生物礦化過程中，以金屬碳酸鹽的形式積累在海洋生物的外殼中。這些轉(zhuǎn)化的規(guī)模與金屬碳酸鹽在環(huán)境中的相對穩(wěn)定性，使得CO2成為碳循環(huán)中的關(guān)鍵角色。從房地產(chǎn)、冶金、陶瓷、玻璃、光學(xué)到醫(yī)藥領(lǐng)域，金屬碳酸鹽都得到了廣泛應(yīng)用。

近20年來，隨著對納米新材料的需求和對生物礦化過程的深入研究，使得研究人員的注意力逐漸轉(zhuǎn)向了分子或納米金屬碳酸鹽在材料化學(xué)中的應(yīng)用，并為復(fù)雜的無機(jī)納米材料提供新穎的合成路徑。碳酸根是非常有吸引力的模板陰離子。到目前為止，它最多可以連接9個(gè)金屬中心，這導(dǎo)致了變化繁多的幾何結(jié)構(gòu)，以及特殊的物理性質(zhì)。

雖然CO2在金屬催化體系中被廣泛用于合成-具有實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)化合物。但是基于固定空氣中CO2的金屬碳酸鹽功能材料的合理構(gòu)建卻很少被探索?！懊钍峙嫉谩背蔀樾纬蓹C(jī)理常用的解釋。我們研究小組在固定空氣中CO2領(lǐng)域，一方面是將其封裝在多核金屬籠形化合物中。另一方面是利用CO32-作為大環(huán)或閉合多面體金屬體系的構(gòu)筑模塊。

圖1源于固定大氣中CO2的連續(xù)碳酸根橋聯(lián)酰腙鏑簇

最近，我們設(shè)計(jì)了兩種含有吡嗪基團(tuán)的單元酰腙雙核稀土預(yù)制構(gòu)件，成功組裝出四例碳酸根橋聯(lián)的稀土配合物（圖1）。值得關(guān)注的是，與其他自發(fā)固定大氣二氧化碳體系相比，該組裝涉及連續(xù)的自發(fā)固定1、2、3、4個(gè)CO2分子轉(zhuǎn)變成CO32-橋聯(lián)配體，進(jìn)而連接不同數(shù)目的雙核稀土預(yù)制構(gòu)件。碳酸根配體在四種特異性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的側(cè)面位置展現(xiàn)了豐富的配位模式，能夠橋聯(lián)2-8個(gè)稀土金屬中心，并最終決定不同預(yù)制構(gòu)件之間的排布方式。

圖2源于固定大氣中CO2的連續(xù)碳酸根橋聯(lián)酰腙鏑簇的磁弛豫的轉(zhuǎn)變

交流磁化率表明四種有序碳酸根橋聯(lián)的配合物均具有分子磁體的磁弛豫行為，表現(xiàn)出從多重到單一磁弛豫的逐漸演變（圖2）。該工作描述的固定大氣中二氧化碳，用于模塊化設(shè)計(jì)組裝碳酸根橋聯(lián)的稀土分子磁性材料，不僅實(shí)現(xiàn)了溫和條件下有效的固定二氧化碳，同時(shí)具有重要的合成應(yīng)用價(jià)值和減弱溫室氣體效應(yīng)的作用。

導(dǎo)師簡介

田海權(quán)，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究興趣：晶態(tài)無機(jī)-有機(jī)雜化材料的組裝與單分子自旋電子學(xué)。迄今為止，以第一作者和第一通訊作者在Chemical Science (1篇)、Chemical Communications (3篇)、Chemistry –A European Journal (3篇)、Inorganic Chemistry (1篇)、Crystal Growth Design (1篇) 、Dalton Transactions (3篇)、CrystEngComm (1篇)、 European Journal of Inorganic Chemistry (1篇)、New Journal of Chemistry (1篇)、化學(xué)學(xué)報(bào)(1篇)等國際期刊上發(fā)表相關(guān)文章。主持國家自然科學(xué)基金（1項(xiàng)）、山東省自然科學(xué)基金（1項(xiàng)）、聊城大學(xué)自然科學(xué)基金（1項(xiàng)）。以首位獲得2020年度聊城大學(xué)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)-自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

招生專業(yè)：無機(jī)化學(xué)