MRC:酸催化芳香乙烯基单体快速聚合制备有机多孔材料

有机多孔聚合物(POPs)由于其在气体吸附、催化、能源存储、光电、药物释放、污水处理等众多领域的具有重要的应用价值而成为了材料领域的研究热点。目前已开发了多种合成POPs的方法,但是这些方法大多都合成条件苛刻,成本较高且聚合时间较长。发展方便、温和、快捷、低成本的合成方法是推动有机多孔聚合物实际应用的前提。

图1酸催化芳香乙烯基单体快速聚合制备有机多孔材料过程示意图

华中科技大学化学与化工学院的金尚彬和谭必恩团队为了解决传统有机多孔聚合物合成过程中的反应时间长,合成条件苛刻等问题,报道了以芳香族乙烯基单体为原料,以Lewis酸或质子酸为催化剂,在室温的敞开体系中聚合制备有机多孔材料的新型方法。该聚合反应的速度非常快,聚合5分钟得到的POPs的BET比表面积仍可高达730 m2g-1。此外,这项工作还系统的研究了催化剂种类,聚合反应时间对材料的性能的影响。研究发现,材料的BET比表面积可以通过酸催化剂的种类和聚合时实现简单的调控。

图2 聚合物的紫外可见漫反射谱图和可见光催化水分解产氢活性

为了探索这类聚合物的在气体吸附、光化学和异相催化领域的潜在应用价值,作者选取了芘和卟啉这两类典型的高共轭、刚性的有机单体的前驱体,首先在其前驱体上引入乙烯基,再一步聚合得到了具有高表面积的目标聚合物。高的比表面积赋予了这类材料较优秀的气体吸附能力,卟啉类聚合物在273K下的二氧化碳吸附量达到了14wt%。

紫外可见吸收光谱表明产物对可见光有很强的吸收能力,由此他们研究了产物的可见光催化水分解性能,结果表明芘类聚合物在可见光下具有较优秀的可见光催化水分解产氢活性。同时本文报道的卟啉类聚合物的高比表面积使得其成为优秀的金属催化剂负载基底。卟啉类单体由于其平面四个氮原子的存在赋予了其很强的配位能力,在单原子及金属催化剂负载方面的应用及其广泛。通过在卟啉类聚合物上负载金纳米颗粒,他们制备出了平均粒子尺寸为5 nm的AuNP@PTVPP复合催化剂,该催化剂表现出优秀的催化还原4-硝基苯酚活性。

图3 卟啉类聚合物负载金纳米颗粒的高分辨透射电镜谱图及催化还原4-硝基苯环活性

以上相关结果近期发表在Macromolecular Rapid Communication (DOI:10.1002/marc.201900168)上,文章第一作者为2016级博士生程光,共同作者还包括王绍磊(博士后),何奖(2015级硕士),王宁(2017级硕士)。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划国际科技合作重点专项、以及华中科技大学自主创新基金交叉学科重点项目等项目资助。