
技术摘要:
本发明公开一种盐增强调控多孔有机聚合物及其制备方法和应用,其采用包括无机盐和有机盐在内的盐,利用盐对溶剂Hansen溶解度的影响效应实现对多种偶联反应所得多孔有机聚合物比表面积和孔隙的可控性增强。与此同时,盐的加入还能促进聚合物形成类似金属有机框架或共轭 全部
背景技术:
多孔有机聚合物(POPs)是指一类具有丰富孔道的有机聚合物。其基本结构单元是 由一个具有三个以上接点的核心子(Core;Ai (i>3))和数个带有相应偶联基团且具有两个 以上接点的连接子(Linker;Bj(j>2))组成。在某些化学反应的偶联下,Ai和Bj会聚合形成网 络状的分子结构,并获得POPs的两个重要性质:大比表面积和丰富孔道。与传统聚合物相 比,多孔有机聚合物还具有以下独特的特点:(1)比表面积大,通常接近1000 m2/g;(2)优异 的化学稳定性,不溶于酸碱和有机溶剂;(3)良好的热稳定性,分解温度大于300℃;(4)多孔 有机聚合物制备方法简单,成本也相对较为低廉。因此,多孔有机聚合物被广泛应用于催 化、吸附和电池能源领域。多孔有机聚合物的比表面积不仅可以按需为客体提供更多的储 存空间,且还可以按需实现吸附位点和催化位点的暴露,从而调控多孔有机聚合物在吸附 分离和催化应用中的效能;而丰富均一的孔道不仅可促进传质,还有可以利用分子识别效 应实现催化和分离的选择性,进而实现快速选择吸附和催化,以及有效降低锂硫电池使用 过程中的“穿梭效应”。 然而,对于有些聚合反应(如Buchwald-Hartwig(BH)),即便具备获得POPs的所有 基本条件,然而所得的聚合物比表面积很低,孔容很小。这说明具有网络状的分子结构不是 获得大比表面积POPs的充分条件。因此,在机理不清的情况下,研究者仍然很难按需实现对 POPs比表面积的精准调控。与此同时,POPs虽然具有构筑出均一孔道的分子结构,但是,目 前仅具有良好结晶度的COFs和少部分偶联反应下形成的无定型POPs拥有较为均一的孔道, 而对于大部分的POPs,均一孔道的构筑仍是一个挑战。
技术实现要素:
针对上述挑战和不足,本发明的目的是提供一种解决部分偶联反应条件下多孔共 轭聚合物比表面积和孔隙率低、孔径分布宽以及多种聚合反应所得多孔有机聚合物比表面 积和孔隙无法调控的方法。具体来说,本发明利用盐对溶剂Hansen溶解度的影响效应,采用 不同离子尺寸的盐实现对各种偶联反应所得多孔有机聚合物比表面积、孔隙和CO2吸附量 的可控性增强。所制得的聚合物的比表面积可以随着加入盐阳离子/阴离子尺寸的减小而 增加。与此同时,通过盐投加量以及盐的类型还能调控多孔有机聚合物的孔径分布,从而促 进聚合物形成类似金属有机框架或共轭有机框架的均一微孔孔隙,对聚合物应用于二氧化 碳捕集和废水污染物吸附的增强以及防止锂硫电池中锂硫聚合物穿梭均有重要意义。 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案: 本发明的第一个目的是保护以上所述盐调控后的多孔有机聚合物材料,其采用盐作为 主要的调控因素材料,采用具有两个及以上偶联基团的化学物质作为连接子,采用三个及 3 CN 111592659 A 说 明 书 2/4 页 三个以上偶联基团的化学物质作为中心子,在盐的作用下进行聚合反应形成具有丰富且均 一微孔孔道的盐增强调控的多孔有机聚合物材料。 本发明的第二个目的是保护一种增强多孔有机聚合物比表面积和CO2吸附容量的 方法,其采用盐作为主要的调控因素,加入到聚合反应体系中,在一定的温度下反应一段时 间,所得产品经过离心后用溶剂和沸水洗涤、干燥,即得比表面积调控后的多孔有机聚合 物。 其中,所述盐的投加量为0.0001-10000当量(相比于反应物)。 所述的盐为无机盐和有机盐中的一种或几种。 所述的聚合反应体系为涉及偶联聚合反应体系中的至少一种。 本发明的第三个目的是保护以上所述增强后的聚合材料在吸附CO2方面的应用。 本发明的显著优势在于: 本发明操作简单、条件温和、效果显著、绿色环保,在无需任何催化剂、复杂药剂存在或 者复杂操作条件下即可可控地实现聚合物的比表面积增加3200%以上、CO2吸附量增加300% 以上。不仅如此,本发明所制得的多孔有机聚合物具有丰富且均一的微孔孔道和大比表面 积的特点,在锂硫电池隔膜、废水吸附处理、催化等应用上均有广泛的应用前景。 附图说明 图1为不同盐调控前后BH偶联聚合的PTAPA及其前驱体的红外谱图; 图2为不同盐调控前后BH偶联聚合的PTAPA的氮气吸脱附曲线图和孔径分布图; 图3为 NaF盐调控前后几种偶联聚合的聚合物的红外谱图; 图4为NaF盐调控前后Sonogashira-Hagihara偶联聚合的聚合物CMP-1的氮气吸脱附曲 线图,孔径分布图和孔体积分布图; 图5为 NaF盐调控前后氧化催化偶联聚合的聚合物PTCT的氮气吸脱附曲线图、孔径分 布图和孔体积分布图; 图6为 NaF盐调控前后Suzuki偶联聚合的聚合物p-PPF的氮气吸脱附曲线图、孔径分布 图和孔体积分布图。