[好文章,你推荐!]A-B型梯形状高分子筛的结构对高效分离氢气的影响

华中科技大学化学化工学院廖勇推荐的文章:

文章信息:

Energy-Efficient Hydrogen Separation by AB-Type Ladder-Polymer Molecular Sieves

DOI: 10.1002/adma.201401328

URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201401328/full

我在第三届Wiley Online Library优秀文章推荐大赛中推荐的文章是来自Advanced MaterialsEnergy-Efficient Hydrogen Separation by AB-Type Ladder-Polymer Molecular Sieves这篇文章。

  • 背景介绍

作为一名来自化学专业的硕士生,在掌握一定的实验技能的基础之上,还要能阅读一些高水平的文章以便掌握一些前沿的学科研究进展及科技资讯。不仅如此,我们还需要将课堂学习的理论知识与前沿的科技相结合,做到学有所用。Willey作为国际上顶级的学术出版机构,特别是化学专业和与之交叉的相关学科方面,Willey旗下的杂志更是对广大科研工作者大有裨益,比如我们熟知的Advanced MaterialsAngewandte Chemie 等等。我们在研一的时候,开设了高分子结构与性能这门课程,该门课程主要涉及的是高分子材料的结构域性能之间的关系以及如何衡量高分子材料的性能。老师最后给我们布置的一个作业是在材料类杂志里面找一篇文章阐释文章是怎么表达高分子结构与性能之间关系的。当时我第一个念头就是Willey旗下顶级的材料类期刊Advanced Materials的文章,于是我找到了这篇Energy-Efficient Hydrogen Separation by AB-Type Ladder-Polymer Molecular Sieves[1],关于由高分子材料制备的具所以有A-B型梯形状的分子筛对高效分离氢气的影响。这篇文章制备的材料由高分子构建, 而且其独特的结构对其性能有重要的影响,又符合当下高效节能的新趋势,所以这篇文章成了我的首选,来自Advanced MaterialsWilley,来自Willey

  • 文章概要

来自沙特阿拉伯王国Bader S. Ghanem教授发表的文章Energy-Efficient Hydrogen Separation by AB-Type Ladder-Polymer Molecular Sieves,进入我的视线。文章主要讲述的是A-B型梯形状高分子筛作为一种新型膜相比传统的PSA膜具有气体保留时间短,结构较为单一,分离过程持续,经济高效,而且具有更好的相容性等特点。

首先,如图1所示为文中重点阐释的A-B型梯形状高分子筛化合物TPIM-1和TPIM-2,其结构内含有使其成梯状的苯环,将其结构域如图2中非梯形高分子筛化合物PIM-1进行比较,阐释A-B型梯形状高分子筛化合物的优秀性能。

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图1: TPIM-1和TPIM-2高聚物的分子模型和结构图

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图2:PIM-1高聚物的分子模型和结构图

其次,从以上结构我们可以得到相关的信息,TPIM-1和TPIM-2中间部分为一个三蝶烯结构(如图3),其结构相当于在PIM-1结构的基础上,其桥上的9.10号位置被异丙基和线性丙基链所取代,正因为有这样一个结构的存在使得TPIM-1和TPIM-2拥有比传统的PIM-1大得多的分子硬度。具体解析可以由以下几点构成,第一,TPIM-1和TPIM-2的分子骨架中包含一个稠环。第二,TPIM-1和TPIM-2中间部分的三蝶烯结构被证实是有比PIM-1中的螺旋中心结构更高的结构翻转能垒,使得前者更加稳定。

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图3: 三蝶烯结构

最后,我们从图4所示的TPIM-1和TPIM-2制备过程中可以看出,A-B型单体体由于在链端处加入了二氟化物,这一操作使得苯环的亲核取代活性大大增强,可想而知,在于大量气体接触时,使得很多气体被其吸附,在氢气分离上体现很好的性能。我们也可以看到TPIM-1和TPIM-2其结构有相比于PIM-1的更大的分子平台和表面积,这得益于其弯曲的分子结构,这样我们可以认为TPIM-1和TPIM-2拥有更大的面积与气体充分接触,达到更好的吸附目的。

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图4: TPIM-1和TPIM-2制备过程

综上所述,我们认为TPIM-1和TPIM-2为代表的A-B型梯形状高分子筛的结构对高效分离H2具有优异的表现。

  • 推荐理由

从文章整体来看,通篇都没有出现复杂的理论公式以及复杂的图表,取而代之的是祥尽的图示和细腻的解释,还有诸多彩色实物图片,辅以测试数据的图表,对于刚读硕士的我们而言,仔细阅读,并没有多大障碍。作者将他们在高分子筛领域的最新研究成果,A-B型梯形状高分子筛的结构对高效分离氢气有重要影响,相对于之前的传统材料,具有气体保留时间短,结构较为单一,分离过程持续,经济高效,而且具有更好的相容性等特点,这些都是令人欢欣鼓舞的。文章的研究亮点在于构建了一个具有三蝶烯结构的高分子,这样一个结构能有效的提高该机构的结构翻转能垒,使其在分离气体时更加稳定。这项新成就在当下能源紧缺的环境下,具有广泛的应用前景。此外,文章中所体现的作者敢于猜想,勤心探究的精神深深地打动了我,作为一个刚踏入科学大门的硕士而言,这种精神是弥足珍贵的。

总的来说,我向所有致力于化学研究的本科生,研究生们推荐这篇来自WileyAdvanced Materials的文章,其平实易懂,而且还能够激发人们的科研探索兴趣。同时,也向Wiley的工作人员致以诚挚的谢意,有了你们,才能将优秀的研究成果共享,造福世界。

  • Bader S. Ghanem , Raja Swaidan , Xiaohua Ma, Eric Litwiller, and Ingo Pinnau

Adv. Mater. 2014, 26, 6696–6700 DOI: 10.1002/adma.201401328