设计合成光控型气体储存-释放性质的多孔芳香骨架

Recently, one of the most serious environmental problems we have faced is global warming, which coused by the excessive emissions of carbon dioxide. At the World Oil Congress (WPC), Carbon Capture and Storage (CCS) technology is expected to applied as an effective solution to global warming. In recent years, porous aromatic skeletons (PAFs) have become the most promising materials for CCS technology because of their high skeleton stability, high specific surface area, high gas adsorption capacity, controllable pore structure and multiple modified functional groups. Under the guidance of theoretical simulation, the project will carry out the research on the synthesis and characterization of UV-responsive porous aromatic frameworks. First, we design and select the appropriate building blocks; Secondly, we synthesis porous aromatic skeleton with special storage-release carbon dioxide properties via efficient coupling reaction; Thirdly, we study the carbon dioxide storage-release and gas separation properties of materials; Finally, we select the materials with high carbon dioxide storage-release sensitivity and good gas separation property. Trying to apply them for the post-combustion carbon dioxide capture technology to solve the practical problems associated with the energy environment.

全球变暖是人类目前面临最严峻的环境问题之一，造成这一现状的罪魁祸首，就是过量排放的二氧化碳。世界石油会议（WPC）上，人们希望把碳捕捉（Carbon Capture and Storage, CCS）技术当作一个解决气候变暖的方案。近年来，多孔芳香族骨架（PAF）由于其具有高的骨架稳定性、高的比表面积、较高的气体吸附能力和孔道的高度可调控性，成为最有希望应用于CCS技术的材料。本项目拟在理论模拟指导下，开展紫外光响应型多孔芳香骨架材料的合成与性质研究工作。设计、选择合适的构筑基块，通过高效的偶联反应合成具有特殊的储存-释放二氧化碳性质的多孔芳香骨架，进而研究材料的二氧化碳储存-释放和气体分离性能。寻找二氧化碳储存-释放灵敏度高、气体分离性能好的材料，应用于燃烧后二氧化碳捕获技术中，解决与能源环境相关的实际问题。

近年来，多孔有机骨架（POFs）由于其具有高的骨架稳定性、高的比表面积、较高的气体吸附能力和孔道的高度可调控性，成为最有希望应用于CCS技术的材料。本项目开展了紫外光响应型多孔芳香骨架材料的合成与性质研究工作。负责人以多孔芳香骨架材料的功能化为导向，选择合适构筑基块，定向制备性能优异的功能多孔芳香骨架材料。对材料的基本性质进行表征分析，包括材料的形貌与尺寸、材料的稳定性、局部结构、比表面积与孔径分布等。项目取得了重要的研究成果：（1）通过FeCl3催化的氧化偶联反应利用无溶剂法合成了一种含有咔唑基团多孔有机骨架材料。由于咔唑活性位点与二氧化碳分子间的良好作用，该材料具有较高的二氧化碳捕获性质，该方法也为制备新型固体吸附剂用于二氧化碳捕获提供了新的策略；（2）通过Sonogashira-Hagihara偶联反应合成了一种含偶氮苯的多孔有机骨架材料。由于偶氮苯作为光响应基团，材料表现出由紫外光照射和加热处理触发的可逆刺激响应二氧化碳吸附特性，并可以在二氧化碳储存-释放中循环使用，在低能耗二氧化碳捕获方面展现出良好的应用前景；（3）通过FeCl3催化的氧化偶联反应合成了一种含有偶氮官能团的多孔有机骨架。由于光/热响应性偶氮官能团的引入，材料显示出由紫外光照射和加热处理触发的可逆刺激响应二氧化碳吸附特性，非常适合代替传统材料应用于二氧化碳捕获领域。负责人在项目执行期间作为第一作者发表SCI论文3篇，包括：Journal of Solid State Chemistry (2篇)，Molecules (1篇)。以上研究结果为实现多孔有机骨架材料结构与功能的定向设计和调控提供了理论和实验基础。