功能化微孔有机聚合物的调控合成及其在二氧化碳化学转化中应用的研究

The capture and conversion of carbon dioxide has attracted more and more attention from the scientific community thanks to global warming. Microporous organic polymer materials have potential applications in CO2 capture, purification and chemical transformation due to their advantages such as high porosity, high thermal stability, easy functionalization and so on. Therefore, it is of great importance to conduct the thorough research on its controllable synthesis and gas adsorption/catalytic performances. This project is intended to develop new methods for controllable synthesis of functionalized “CO2-philic” microporous organic polymers with high specific areas and uniform morphology and pore size distribution. The CO2 adsorption capacity of the resultant materials will be investigated. In addition, bifunctional catalysts will be prepared via immobilizing transition metal complex onto the as-prepared polymer, which will be applied in the CO2 conversion. This project is related to the multidisciplinary overlap of organic, green and material chemistry, aiming at developing new functionalized organic polymer materials and studying its gas adsorption and catalytic performance. It is expected to make important progress to get deeper insight of physical, chemical and catalytic characterization of porous organic polymers. Hence, it has important theoretical significance and practical value.

随着温室效应导致的全球变暖等环境问题的加剧，CO2的捕集和资源化利用越来越引起科学家的关注。有机微孔聚合物材料因其具有高空隙率、稳定性好、易功能化等优点而在CO2捕集、分离纯化和化学转化方面有着潜在的应用，其控制合成及性能研究具有重要意义。本项目拟针对CO2的捕集及化学转化，发展控制合成具有亲CO2位点的功能化微孔有机聚合物的新方法，制备一系列高比表面积、形貌及孔径分布均一的功能化有机聚合物材料，研究所得材料对CO2的吸附性能；以所得的微孔有机聚合物为载体，通过负载过渡金属络合物，制备双功能催化材料，研究其对CO2转化的催化性能。本项目涉及有机化学、绿色化学和材料化学的交叉渗透，不仅发展制备微孔有机聚合物材料的新方法，制备一系列新型微孔有机聚合物材料，通过对其吸附CO2及催化CO2转化的性能研究，有望在认识多孔有机材料构效关系方面取得重要进展，具有重要的科学意义和实用价值。

化石燃料燃烧产生的CO2是温室气体的重要组成部分，随着温室效应导致的全球变暖等环境问题的加剧，CO2的捕集和资源化利用越来越引起科学家的关注。本项目针对CO2的吸附及化学转化，设计合成了新型的微孔有机聚合物（MOPs）材料，获得性能优良的吸附/催化材料，例如，设计合成了含氟的MOPs材料大大提高了CO2吸附量。与Ag(I)配位后，所得材料能够高效催化CO2和炔丙醇的反应。设计合成了基于Tröger碱的微孔有机聚合物（TB-MOP），可以吸附CO2并与Ru(III)络合物配位，所得材料能够高效的催化CO2的氢化反应制备甲酸。利用磺酸基团功能化的离子液体/水体系制备了介孔的基于Tröger碱的聚合物。Ir(II)配位的聚合物在以甲醇为原料的胺的甲基化反应中表现出优异的催化性能。设计合成了偶氮键功能化的微孔有机聚合物材料Azo-MOPs具有高CO2吸附量，Ru配位的Azo-MOPs能在低压CO2条件下催化胺的甲基化反应。含偶氮官能团的介孔聚三苯基膦poly(PPh3)-azo。材料负载金属（Ru，Ag等）能高效催化CO2和炔丙醇的羧化环化反应和胺的甲基化反应。通过有机聚合物纳米管的形貌保持热转化得到的均匀的N-参杂的碳纳米管。能够高效的催化苯的C-H键芳基化，还原氢转移和氧化反应。吡啶功能化的多孔有机聚合物，具备优异的CO2吸附性能，能够高效催化胺，CO2和H2的甲酰化反应。本项目取得了一些列创新性研究成果，发表SCI论文15篇，培养博士生2名。