制备新型多孔有机聚合物进行CO2的吸附与转化

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通过制备新型的多孔材料应用于CO2的吸附、分离与转化,以代替工业上的传统胺溶液的湿法洗涤技术,是CO2的吸附与转化领域的热点课题。当前,多孔有机聚合物作为一种新兴的多孔材料,因为其所具有的大的比表面积,丰富的多级孔结构,以及可修饰功能化的孔道内壁使得它们近来受到追捧。近来,我们课题组发展了采用乙烯基溶剂热自由基聚合的方法制备多孔有机聚合物,相较于其他诸如金属催化的偶联反应合成多孔有机聚合物的方法,溶剂热自由基聚合的方法有效避免了后期聚合物中金属催化剂分离的困扰,显得更加简洁和高效。进一步通过使用乙烯基功能化的配体,合成得到的多孔配体聚合物更是完美的将材料的多孔性与配体的高浓度完美地结合起来,显示出了良好的应用前景。本论文进一步展示了通过溶剂热自由基聚合方法合成的新型多孔有机聚合物材料及其在CO2消除与转化中的表现。通过乙烯基功能化的卟啉单体,我们成功合成了卟啉基的多孔有机聚合物POP-TPP。该聚合物具有很高的比表面积,丰富的多级孔道,良好的热稳定性,以及高的CO2吸附性能。在配合金属离子之后,得到了 一系列的多相催化剂(Co/POP-TPP、Zn/POP-TPP和Mg/POP-TPP),它们在共催化剂n-Bu4NBr的协助下,常温常压条件下,环氧化物与C02的环加成反应表现出了优异的催化性能。值得注意的是,多相催化剂Co/POP-TPP甚至可以循环使用18次而不失活,显示出了良好的稳定性。当在较低的C02浓度(体积比15%C02+ 85%N2,1 atm)下进行该反应时,多相催化剂Co/POP-TPP甚至表现出了比均相催化剂Co/TPP更高的催化活性,这些将为后面发展更高效的C02化学固定催化剂提供借鉴作用。进一步,通过乙烯基功能化的联吡啶配体的溶剂热自由基聚合方法成功制备了多级孔结构的联吡啶基聚合物POP-Bpy,该聚合物不仅可以作为金属物种良好的载体,而且它还具有很强的C02亲和作用,表现出良好的CO2吸附性能。对于负载了金属物种的多孔有机聚合物,它们在常温常压下就可以高效的实现环氧化物与CO2的环加成反应生成环碳酸酯,系列多相催化剂在催化活性上不仅超过了均相的催化剂,而且它们还具有良好的稳定性和循环性能,这与载体中畅通的活性中心位点与骨架对CO2的亲和性两者的协同作用有直接关系。此外,同样通过乙烯基自由基聚合的方法我们合成了两种不同功能化的多孔有机聚合物,POP-Phen以及POP-TB。其中聚合物POP-Phen是通过乙烯基功能化的菲啰啉配体和二乙烯基苯自由基共聚得到的,由于菲啰啉配体良好的配位能力以及高的稳定性,POP-Phen在配合Pd(OAc)2之后所得到的多相催化剂Pd/POP-Phen在系列偶联反应中具有非常好的催化活性和循环性能。聚合物POP-TB则是由乙烯基功能化的Troger’s碱配体v-TB单体通过自由基聚合而得到的。因为Troger’s碱本身所具有的较强碱性,POP-TB聚合物作为多相催化剂在Knoevenagel反应中表现出了良好的活性。
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