含氟有机多孔聚合物的制备、性能及相关应用

Based on a variety of polymerization methods, such as C-H direct arylation reaction, Sonogashira reaction, Yamamoto reaction, alkynyl dimerization coupling reaction, and alkynyl trimerization cyclization reaction, fluoro-substituted organic porous polymerwith stable pore structure and permanent porosities will be prepared. Morphology regulation of the materials will be studied by use of templates or emulsion polymerization method. Chemical structures and adsorption performance(gas and vapor) of the polymers will be completely characterized, tested, and analyzed. Porous structure and property such as specific surface area, micropore surface area, pore volume, and pore size distribution, will be controlled through adjustment of the structure of monomers. Meanwhile, based on the function of the specific nature of monomers and the fluorine-containing materials, we will focus on the exploration of related properties and functions in chromatography seperation, adsorption and transformation of harmful small molecules, and heterogeneous catalysis, etc. Besides, the relationship between porosity and performance will be concluded. The purpose of this project is to promote the application of fluorinated porous organic polymers in the fields of analytical chemistry, environmental and heterogeneous catalysis.

本项目拟通过多种聚合反应(C-H直接芳基化反应、Sonogashira反应、Yamamoto反应及炔基二聚偶联或三聚环化反应等)合成结构稳定并含有无限网络孔道的多氟取代的共轭有机多孔聚合物。利用模板法或乳液聚合法调控材料的形貌，通过多种谱学技术对所制备有机多孔材料进行结构表征，使用气体吸附分析技术对多孔材料的多孔性及对气体或有机小分子蒸汽的吸附性能进行研究。通过调节有机单体分子的结构类型，调控所制备有机多孔材料的孔道结构和比表面积、孔容与孔径分布等孔隙率参数。同时，基于功能化单体及聚合物的特殊性质，将考察材料在色谱分离、有毒小分子的吸附与转化以及异相催化等方面的应用，为其在分析化学、环境及异相催化领域中的应用奠定基础。

本项目通过多种聚合反应（如C-H直接芳基化反应、Sonogashira反应及氧化偶联聚合反应等）合成结构稳定并含有无限网络孔道的氟取代的有机多孔聚合物，并采用多种谱学技术对所制备有机多孔材料进行结构表征，使用气体吸附分析技术对多孔材料的多孔性及对气体或有机小分子蒸汽的吸附性能进行研究。通过调节有机单体分子的大小、长度和结构类型，调控所制备有机多孔材料的孔道结构和比表面积、孔容与孔径分布等孔隙率参数。由于多氟取代的金属卟啉类化合物被证明是多种氧化反应的高效催化剂，以含此类金属卟啉单体聚合而成的有机多孔材料既具有多孔性可吸附毒性易挥发有机物，又具有氧化反应的催化活性有助于毒性分子的转化。因此，探索了多氟取代的金属卟啉类有机多孔材料对环酮有机物的原位转化作用，转化率介于85-98%。由于氟原子具有很强的电负性, 而且C-F 键长与C-H 键长最为接近, 以C-F 键取代C-H 键可以有效地改变某些催化剂的活性，所以研究了含三氟甲基取代基多孔聚合物在一系列异相光催化反应中的催化性能，研究表明含铱配合物的多孔聚合物网络中引入强吸电子基团三氟甲基后表现出更好的可见光吸收能力、更长的激发态寿命和更正的激发态氧化电势，相比不含三氟甲基的多孔材料而言，具有更高效的光催化性能，在催化甲基苯硫醚的氧化反应中，经过五次循环后仍能保持90%的产率。基于功能化单体及含氟聚合物的特殊性质，通过考察材料在光催化、有毒小分子的吸附与转化以及异相催化等方面的应用，为其在环境及异相催化领域中的潜在应用奠定基础。