基于分子纺织术合成耐高温二维高分子分离膜

A two Dimensional (2D) polymer is a free-standing, covalently bonded, one monomer unit thick, laterally infinite molecular nanosheet possessing a periodic long range order of internal structure. These features may establish the inherent properties such as a high strength behavior and also a regular pattern of nanopores. .In this project,we will apply a ''molecular textile'' strategy to synthesize 2D polymer, which comprises of (1) pre-organization of the imide monomer into layers with the suitable packing for 2D polymerization, (2), photo- or thermal-polymerization in lateral and longitudinal directions so to form polyimide layers and (3) delamination of stable 2D polyimide films by intrusion of appropriate solvents between the layers of the polymerized crystal. Real applications of 2D polymers in desalination and air/sewage treatment will also be investigated.

二维高分子是厚度为纳米级，内部结构长程有序，通过共价键交联的并可以独立稳定存在的薄膜材料。它可有良好的机械强度，并可具有规整的纳米孔隙结构。.本项目利用分子纺织术，将酰亚胺单体在晶体中层状预组装；通过光或热辐射，使得单体在像纺织一样在层内经纬两个方向连续聚合，得到共价键交联的聚酰亚胺层状结构；通过溶剂插入等方法将层剥离开来得到稳定的二维聚酰亚胺薄膜材料。最后开发该材料在海水淡化，空气及污水治理等方向的应用。

二维聚合物是一种在二维结构内具有有序网状交联，厚度为纳米级，并且能够独立稳定存在的薄膜材料。石墨烯即是一类二维材料。这类材料在光电、能源、环保等方面具有重要的应用前景。为了突破石墨烯本身的局限性，发展与石墨烯结构不同的二维聚合物新材料以满足各领域的应用是非常必要的。. 针对于该项目，申请人研究了几类新型的二维聚合物的合成新方法并初步尝试了其在晶体管、电解水等方面的应用。成果分别以申请人为通讯作者发表在Angew. Chem., Chem. Sci., Small, Chem. Eur. J., Org. Electron., Synlett上，并以申请人为第一及联系发明人申请发明专利五项（已授权一项201610078989.7；审批中四项201811305739.8、201811105139.7、201710349491.4、201711327785.3）。. 针对该项目的重要结果如下：. 1，申请人首次提出了一种在油水界面上基于Suzuki聚合反应合成由C-C键构筑的二维共轭共价有机框架（COF）的方法。该方法操作简单、条件温和、适用性广、原材料易得，可以用于合成各种二维均聚物和二维共聚物。该方法的提出开启了基于C-C键的二维共轭COF薄膜通用化合成的大门。. 2，申请人使用白磷作为单体，在柱层型金属有机框架（MOF）构筑的二维纳米反应器中成功制备了二维磷材料。该在二维纳米反应器中合成二维材料的新方法将大大拓展二维材料的类型，并且将为其后续应用提供更多的可能。. 3，申请人首次证明了弱作用力氢键可以维持原子在二维平面内具有晶体有序的稳定性并制备了一种二维超分子有机框架（SOF）材料。基于氢键的可逆性，申请人首次实现了二维材料的自修复。. 4，申请人提出了使用分子刷型两亲性共轭聚合物作为前驱体（聚合物具有刚性疏水聚联二炔主链及亲水柔性侧链），利用刚性主链而不是嵌段作为结晶单元驱动聚合物在溶液中结晶制备得到二维晶体薄膜的新方法。基于该新方法，申请人成功制备了一种肉眼可见的世界上最大的（厘米级）晶体薄膜。该薄膜具有良好的本征电导率、形状记忆功能及低介电常数。该成果为制备大尺度二维聚合物晶体薄膜铺平了道路。. 5，申请人发现使用氢键间隔体系增强聚联二炔高分子薄膜的电导。