基于多组分反应构筑功能性有机硅多孔材料
有机硅多孔材料是一类新型的多孔材料，通过共价键连接而成，因其具有合成方法多样化、结构可调控、表面可修饰、稳定性好等优势而备受研究者的关注，在气体吸附分离、传感器、催化、水处理等领域具有广泛的应用前景。为了获得功能性有机硅多孔聚合物，目前主要有两种合成方法。一是选择功能性单体，通过自聚或共聚反应获得功能性聚合物;二是在现有有机硅多孔聚合物的基础上，通过后修饰的方法获得功能性聚合物。但是，前者需要合成具有特殊结构的功能性单体，合成步骤繁琐;后者需要多孔聚合物中含有可修饰、具有反应活性的基团，并且后修饰由于是非均相反应，通常无法获得修饰完全的功能性多孔聚合物。与此同时，目前大多数的有机多孔材料由单个单体和两个单体反应生成，所得材料结构和功能单一。想要得到结构复杂和多功能的材料，可能需要两步或多步反应，反应周期长且反应步骤复杂，需要中间体的分离，不利于修饰和调控。基于上述情况下，设计简单高效的合成路线，构筑稳定的结构，实现材料的多功能性，已成为有机硅多孔材料发展的重点。本论文以多组分反应构筑功能性有机硅多孔聚合物为目的，开展了两个方面的研究工作。 1.以四(4-溴苯基)硅烷、1，4-二乙炔基苯和叔丁基异氰化物三种单体为原料，通过三组分聚合反应制备了含炔基亚胺的多孔有机聚合物。通过改变网络中亚胺基的含量，这些材料表现出较高的热稳定性和可调节的孔隙率。孔隙率最低的AIPOP-4具有最高的碘吸收量4.10g g-1，表明I2捕获的关键因素是亚胺单位与I2之间的亲和力，而不是孔隙率。这些材料也可以重复使用，经过五次循环利用后，吸附效率降低到初始效率的80％。我们通过多种测试技术对材料的吸附机理进行了探究，结果表明碘的捕获过程包括了物理吸附和化学吸附。其中，化学吸附是由吸附剂中富电子单元（包括苯环，三键和亚胺单元）到I2的电子转移以及聚碘化物的形成引起的。此外，这些材料还可以捕获溶液中的碘，并且吸附过程与Freundlich模型非常吻合。这些结果表明，含炔基亚胺的多孔有机聚合物可用作碘捕获的有效吸附剂。 2.以四（4-炔苯基）硅烷、对苯二甲酰氯和水合肼为单体通过新的三组分聚合反应合成了含吡唑基的多孔有机聚合物。聚合物材料表现出较高的热稳定性和孔隙率。与前一章的工作相比，我们通过改变反应条件和设计思路，将功能性单元成功地连接在聚合物主链中，既提高了功能性单元在聚合物中的占比，又保持了多孔材料较好的孔隙率。对材料进行了碘蒸汽的吸附实验，碘吸收量可达3.55g g-1，聚合后的材料也具有较好的循环稳定性，经过五次循环利用后，吸附效率降低到初始效率的75％。通过多组分反应将功能性单元引入多孔材料中，可以提高功能性多孔材料的合成效率，拓展多孔材料的应用功能。通过选择合适的反应方法和反应单元，可以在保持多孔材料较高孔隙率的同时赋予多孔材料广泛的应用性能，为功能性有机多孔材料的设计和制备提供了新的思路和方法。
有机硅多孔材料;多组分反应;热稳定性;孔隙率;吸附性能
山东大学
硕士
材料物理与化学
王灯旭
2021
中文
TQ424.3
2021-08-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）