【基金故事】① 殷政：付出+堅持=收獲

【基金故事】2015年，中國發表的SCI論文中，62.1%的得到了它的資助；近年來，國家自然科學獎授獎成果，全部得到過它的支持。它，就是已有30年歷史的國家自然科學基金。在陜科大，有這么一批科研工作者，他們迎難而上、披荊斬棘，堅持奮斗在科研第一線，在2016年的國家自然科學基金上終有斬獲。我們開辟【基金故事】欄目，聽他們講述科研項目與創新、自然基金準備與申請背后的故事。

2016年青年基金項目： MOFs后合成替換的過程與機理研究及調控效應評價（No. 21601116） 

項目介紹：

金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks，簡稱MOFs）是一類具有孔穴率高、比表面積大、高度晶態、結構穩定、易于修飾調控等突出特點和優點，在能源氣體（H₂，CH₄）儲存、分離、催化、特殊光/電/磁效應、智能響應等多方面具有豐富功能應用的新型多孔材料。作為有機-無機雜化材料，MOFs的后合成金屬離子或有機配體替換提供了后合成修飾的新類別，是實現更高層次的結構改良，性能提升，新性質加載的新方法。針對目前后合成替換研究實例少，體系選擇規律性不高，對反應過程與機理理解不深的難點與挑戰，本項目擬構筑具有較高穩定性和孔穴率的簇基、柱-層、柱-鏈MOFs作為后合成替換研究母體；探索可能的后合成金屬離子或有機配體替換，并重點開展替換過程與機理研究；以期獲得系列同構MOFs或雜化MOFs，實現結構及功能調控。

圖1 金屬-有機框架（MOFs）結構示意圖及其特點與功能應用

項目研究重點及創新點：

項目的研究重點是利用特定結構MOFs為母體，探尋后合成金屬離子或有機配體替換的新實例和新路線。研究金屬離子、配體，溶劑、濃度、溫度，抗衡離子等反應條件等對后合成替換速率，反應位點，替換完整性、可逆性的影響；以及多金屬或多配體共存體系中后合成替換的競爭性與選擇性，獲得對反應機理的理性認識。通過后合成替換反應條件控制，獲得金屬離子、有機配體不同的系列同構MOFs，以及可能的多金屬/配體共存型雜化MOFs。研究后合成替換對框架整體/局部、孔穴結構，及吸附、分子/離子捕獲、熒光、磁性、催化等可能性質的調控。

項目主要創新之處在于相比MOFs 從合成，到組成和結構分析，再到性質研究的策略，本項目主要進行以MOFs 為原料的后合成替換研究，這是體系選擇上的創新之處。此外，在后合成修飾方面，相比于對體系設計，及結構和性質研究的關注，本項目更注重后合成修飾過程與內在機理的探索，體現了研究方法創新之處。

圖2 項目研究思路示意簡圖

 項目研究發展前沿和應用前景：

新材料的研發是推動科學發展與進步的關鍵因素。MOFs作為一類有望超越沸石、活性炭、有機高分子等傳統多孔材料、具有極大和廣泛應用前景的新型多孔化合物，是目前國際化學、材料、物理等多學科交叉前沿。近年來，美國、日本、歐洲、中國等多個國家或地區持續出臺多個專項計劃資助該領域，極大推動了相關研究的發展，MOFs的一些關鍵技術指標得到極大提升。例如，2010年報道的MOF-210，每克材料（約半勺食鹽）的比表面積高達10400m2（相當于38個標準籃球場的面積），是當前發現的比表面積最大的多孔材料之一。盡管如此，MOFs距離滿足工業應用要求仍有較大距離。MOFs的結構修飾與改良，性質功能的調控和提升成為目前推動這類材料最終走向功能應用的關鍵。后合成替換作為近期出現的新層次、處于起步階段的MOFs功能調變新方法，潛力巨大卻有諸多科學問題有待解答。本項目的開展將有望篩選出部分新的后合成替換MOFs 體系，發現一些新的后合成替換路線與類型，初步總結出后合成替換的一些規律，以指導合理的后合成替換設計。對機理的了解能夠進一步幫助反應條件的控制，獲得系列金屬、配體替換同構MOFs，比較結構及性質上的差異及調控性，促進構效關系的研究。特別是，通過后合成替換可能得的金屬或配體雜化MOFs，非均勻相MOFs等將為相關研究者提供一些探索更復雜組成MOFs體系，發現新現象或新性質的難得機會。

 項目負責人研究方向：

殷政，2015年6月博士畢業后進入陜西科技大學，目前在化學與化工學院化學系從事教學科研工作。主要研究方向為MOFs類功能配位聚合物材料的定向構筑、結構轉換、后合成修飾、孔/磁/光/電等性質和相關物化性能效應關系，以及該類材料在氣體吸附、小分子分離、智能響應、選擇性催化等方面的功能應用。

    國家自然科學基金申報認識：

基金申報提供了一個梳理學科背景、把握學科挑戰與發展趨勢、指導個人科研發展的重要機會。本次青年基金項目申報積累的幾點體會簡述如下：

（1）文獻調研是基礎。作為一項科研計劃，項目申請書總是基于學科內特定研究領域進行陳述。對領域歷史背景，發展現狀與趨勢的深入了解是提出個人研究計劃的前提，因此需要進行詳實的文獻調研。本項目準備前期，我對2007年MOFs后合成修飾出現以后至今近百篇文獻進行了分析，仔細閱讀了30余篇核心研究論文與綜述，較好了解了后合成修飾這一小的研究領域，也正是在文獻閱讀思考中形成了初步的項目思路。

（2）科學問題是關鍵。開展科學研究的本質目的是解決一定科學問題。沒有科學問題的申請書必然缺少靈魂與指引。其中特別需要注意的是，立項依據是為了引出科學問題；研究內容、方案、方法路線是為了闡述如何解決問題；預期目標反映科學問題的解決程度。本項目的核心科學問題就是目前很不清楚的MOFs后合成替換機理。我在這個問題的凝練上的確花費了很長時間，但是明確該問題后，個人感覺申請書的撰寫一下變得非常清楚明晰。

（3）同行指正查缺點。申請書初稿完成后，學院及科技處組織了部分同行專家對申請書進行了評閱，我自己也將申請書傳給了博士導師及幾位博士同學進行審讀，收到了許多非常重要的建議。例如，我自認為申請書很有條理，但卻有三位審讀人不同程度反映我的立項依據凌亂。此外，他們也發現了許多其它我自己沒有意識到的概念、格式、圖表、錯別字等方面的諸多問題。審讀人前期的批評指正極大幫助了我提升申請書質量。

（4）工作基礎不可缺。國家基金資助是競爭性評選，前期工作基礎事實上反映了申請人未來順利完成項目、實現預期目標的潛力。在本項目反饋的通訊評審意見中，三位評審專家中有兩位都明確提到了我博士期間的前期工作積累并給予正面評價。因此，個人認為，無論是已發表論文、專利，還是項目前期實驗數據，乃至個人研究背景等，都應在申請書中盡量充分體現，為項目提供充分支撐。

（核稿：崔楠 編輯：杜楊 學生編輯：康松磊）