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西安交大科研人员提出微孔共轭聚合物调控策略
来源:交大新闻网 日期:2019年07月03日 10:21 点击数:

近年来,用于吸附及转化二氧化碳的具有微孔结构的微孔共轭聚合物(CMPs)、金属有机框架聚合物(MOFs)和共价有机框架聚合物(COFs)的设计及合成成为热点。与COFs和MOFs相比,微孔共轭聚合物因具有物理和化学稳定性高、易于合成、比表面积大、微孔率高等优点而备受瞩目。此外,微孔共轭聚合物因其独特的延展π共轭结构而被广泛应用于电子器件中。最近,Buchwald-Hartwig(B-H)耦合反应被用于微孔共轭聚合物的设计和合成中。其通过钯催化芳基胺与芳基卤化物的交叉耦合,在聚合物网络中形成大量的C-N键,从而赋予材料具有更多的功能特性。因此,这种耦合方法提供了一种制备富氮且具有氧化还原活性的微孔共轭聚苯胺的简单途径。然而与通过其他耦合反应合成的微孔共轭聚合物相比,通过B-H偶合反应合成的微孔共轭聚合物的一个显著缺点是该类聚合物的比表面积不高(约50m2/g)。

针对这一关键问题,西安交大能动学院环境工程系陈杰博士及其导师延卫教授与英国布里斯托大学化学系Charl FJ Faul教授合作,创新性地提出一种针对B-H反应所合成的微孔共轭聚合物的比表面积增大和调控方法。利用一系列具有不同阴离子尺寸和阳离子尺寸的盐对合成溶剂的Hansen溶解度常数进行调控而使之与聚合物的溶解度常数匹配,简单、可控地将微孔共轭聚苯胺(PTPA)的比表面积从58m2/g提高到了1152m2/g。同时制备的聚合物的孔径分布由调控前的不均匀分布变为调控后集中于微孔区域,从而使之具有与COFs和MOFs类似的规则微孔孔径分布特征,所合成材料对CO2的吸附量也从0.70mmol/g提高到了3.60mmol/g。据此,该研究不仅突破了B-H耦合法制备微孔共轭聚合物低比表面积的瓶颈,同时还提出了无机盐是制备具有微孔性质的微孔共轭聚合物的必要条件的重要结论,对未来微孔共轭聚合物的设计合成具有指导意义。

该研究工作以《微孔共轭聚合物比表面积、孔径和功能的调控》(Tuneable Surface Area, Porosity and Function in Conjugated Microporous Polymers)为题,在国际顶级期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上发表,陈杰博士为本论文的第一作者,西安交通大学能源与动力工程学院环境工程系为第一署名单位。

该研究工作得到了国家留学基金委的资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905488


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