多孔超分子离子骨架材料（SPINs）：新型有机多孔材料的实用制备及温室气体吸附研究

With the issue of climate change, envionment and energy, the adsorption and seperation towards CO2 and SF6 became more and more popular in materials community. The key to get highly performed materials for gas adsorption is to develop excellent advanced nanoporous organic polymers. Although many novel porous materials such as MOFs, COFs and PAFs has been developed, the tedious procedure for making those materials has prevented the nice POPs for further application. This project proposed a practical synthesis of SPINs based on the complex between the rigid tetrasulfonic acid and commercially amines. A fast proton transfer occured, the strong electrostatic interaction between the resulting sulfonate and ammonium will lead to self-asembly guided by rigid monomers, and thus afford the well-defined SPINs. The mechanism to control the porosity of SPINs and CO2 and SF6 uptakes will be disclosed, and the design principle for materials towards gas adsorption will be proposed.

随着全球气候变化、环境和能源问题的加剧，二氧化碳(CO2)和六氟化硫(SF6)等温室气体的捕捉与分离已成为全世界关注的研究热点。而寻找对气体具有良好吸附性能的先进纳米多孔材料成为解决问题的关键。近年来涌现出许多结构新颖的纳米多孔材料，如 MOFs, COFs, PAFs等。但是，制备过程的繁琐和耗时限制了其进一步的应用。本项目基于申请人对NO2-PAFs、NN-POP-1和SPIN-1等的前期研究基础，拟采取具有高度刚性的四磺酸和可商业购买的多元有机胺发生酸碱中和反应，快速的质子转移反应使得磺酸根阴离子与有机铵盐之间的静电作用形成离子骨架结构，从而实现多孔性超分子离子骨架材料(SPINs)的简易和大量制备，并将其应用于CO2和SF6等温室气体吸附中。与大多数现有的有机多孔材料相比，SPINs的结构精确，结构多样，并可实用制备，对于揭示孔道的形成和控制机制，进一步指导材料的设计大有裨益。

有机多孔材料研究领域目前发展迅速，在世界范围内引起人们的高度关注，我们国家在这个领域的发展与世界同步。然而该领域普遍存在的情况是：具有高比表面积的有机多孔材料通常制备方法复杂，不易大量制备，而容易大量制备的有机多孔材料，通常比表面积和吸附性能不佳。本项目组希望发展简单实用的制备高比表面积多孔材料的技术和方法，开展了多元芳香胺、苯并三氮唑三苯胺和大环杂杯芳烃多胺单体的合成与表征，较细致地对离子骨架型有机多孔材料（SPINs）展开了系统的研究。同时，根据课题实施过程中遇到比表面积不高的问题，将酮腙结构多孔材料、偶氮苯功能化聚降冰片烯及ROMP反应研究的最新结果与SPINs课题进行结合，发展了一系列结构新颖多孔高分子的实用制备方法。