含富勒烯有机多孔材料的制备与功能化及相关性能研究

A series of organic monomers containing fullerene are designed for preparation of the conjugated porous polymers or films with infinite network and structural stability by several different types of polymerization. Most of the skeleton structures in the prepared porous organic materials are nitrogen or sulfur heteroatom conjugated structures. Based on fullerene participated in chemical reactions or metal complexing, the porous materials can be further chemically modified and functionalized accordingly. Not only the chemical structures and stability of these materials are characterized, but their porosity, photoelectric properties and adsorption properties are also studied. Based on the special properties of the porous conjugated materials containing fullerene, their applications in heterogeneous catalysis, photoelectric conversion and application of electronic devices will be explored to summarize the influence law of material performance. Through the objective of the research, we aim at further promoting research of fullerene-containing organic porous materials and their application in the field of catalysis, energy, and electronics. New porous materials with excellent performance were hoped to be screened for meeting the demand of people.

拟设计合成一系列含富勒烯的有机单体，通过几种不同类型聚合反应制备结构稳定并含有无限网络孔道的的共轭多孔聚合物或多孔聚合物薄膜, 其中大部分骨架结构是含氮或硫杂原子的共轭结构。基于富勒烯参与的化学反应或金属络合，对相应多孔材料进一步功能化或化学修饰。在表征这些材料化学结构和物理化学稳定性的同时，重点研究它们的多孔性、光电性质以及吸附性能等。基于含富勒烯共轭多孔聚合物的特殊性质，探索材料在异相催化、光电转换和电子器件等方面的初步应用，进而高通量地筛选具有优异性能且符合人们需求的新型多孔材料，总结影响材料性能的相关规律。通过本项目的研究，旨在进一步推动含富勒烯有机多孔材料的研究，为其在催化、能源和电子领域中的应用奠定基础。

有机多孔聚合物(POPs)是由有机单体通过强共价键连接而成的轻质坚固材料，在吸附、分离、传感、异相催化、环境修复和光电器件等领域均有广泛的应用。本项目围绕POPs的设计、制备、表征及应用开展了两方面的研究工作：(1)设计并合成多种含富勒烯和杂原子的有机单体，如以富勒烯C60为基体的咔唑类衍生物和以富勒烯C60为基体的卟啉类衍生物。基于FeCl3催化氧化偶联反应，通过溶剂热或研磨法制备了一系列含富勒烯C60的POPs。为研究其物理化学性质，采用多种分析测试手段进行表征。通过选择不同含富勒烯C60和杂原子的有机单体、反应条件和聚合方式，进一步优化POPs。在此基础上，所构筑的含富勒烯和杂原子的POPs可有效络合具有催化活性的金属，归因于具有缺电子芳香烃性质的C60和N、O和F配位杂原子的引入。最后，探讨了含富勒烯/金属配合物POPs (FulCPOP-Pd、FulCPOP-Rh、FulCP-Pd和PPZ/C60-Pd等)作为异相催化剂在二苯乙炔催化加氢和脱烯丙基反应中的催化性能。(2)选择含杂原子的不同有机单体，借助多种化学反应合成了许多共价有机框架(COFs)多孔材料。为获取其微观形貌、结晶性、多孔性、稳定性和比表面积等信息，借助多种分析测试方法进行表征。同时，通过优化实验条件制备出性能优异的含杂原子的COFs。其中，一些COFs具有显著的荧光性质可直接作为荧光探针应用于光化学传感，一些COFs具有恰当的孔径、有序的孔道和靶向官能团可特异性吸附废水中抗生素应用于环境修复，一些COFs可进一步络合具有催化活性的金属应用于异相催化。本项目的研究工作既为设计新型POPs提供思路，又极大地丰富POPs应用领域。