優(yōu)異的物理化學穩(wěn)定性、較高的比表面積、可設(shè)計調(diào)控合成等優(yōu)點使多孔有機骨架迅速成為科研人員研究的熱點。從最初的設(shè)計并制備新結(jié)構(gòu)的多孔有機骨架到如今的制備具有不同功能的多孔有機骨架,科研人員對多孔有機骨架的研究從未停歇,截至目前,多孔有機骨架已經(jīng)廣泛應(yīng)用于能源存儲和能量轉(zhuǎn)化等研究領(lǐng)域。通過碳化多孔有機骨架制備的多孔碳材料,不僅可以保留多孔有機骨架的多孔性,還能擁有碳材料較高的導電性等優(yōu)點,使得這類先進功能材料具有很高的研究價值。目前,通過碳化多孔芳香骨架已經(jīng)成功制備出很多性能優(yōu)異的多孔碳材料,并且這類材料在低壓氣體吸附,高壓氣體存儲等環(huán)境保護領(lǐng)域都有著杰出的表現(xiàn);同時,由于這類材料較高的導電性以及豐富的孔結(jié)構(gòu),使其在鋰電等能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。本論文從制備新結(jié)構(gòu)的多孔有機骨架出發(fā),成功制備出一種電中性的多孔有機骨架和三種雜原子摻雜的帶電荷的多孔有機骨架,并對新材料進行了低壓氣體吸附性能研究。同時,通過對含碳量較高的多孔有機骨架進行簡單的一步碳化,制備出多種多孔碳材料,并對這些多孔碳材料的氣體吸附性能和電化學性能進行研究。本論文主要研究內(nèi)容如下:第二章以3,3’,5,5’-四溴-1,... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

調(diào)節(jié)DVB含量為（a）0%；（b）較低含量；（c）較高含量的HCP-DVB-VBC的骨架示意圖

飾的親水性材料 MN-500，自身含有大孔的 HCPs 作為固定相，可以快速，同時容納高流速下的大量液體。自身較小的孔可以起到有效的篩分作用如 MN-100[49]。苯和氯苯是最具代表性的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）廣泛于工業(yè)廢氣中。Zhang 等人研究并使用微孔的 HCPs 去吸附苯和氯苯蒸]，穿透實驗結(jié)果表明微孔的 HPsorbent 對于苯和氯苯蒸汽的吸附平衡容量用的細粒度的活性炭相似（如圖 1.2）。為了檢驗這種吸附劑的效率，利用業(yè)化的實驗，將苯、氯苯混合氣從工業(yè)副產(chǎn)物氯化氫中移除，結(jié)果表明在苯和氯苯的過程中，氯化氫不會發(fā)生可逆效應(yīng)。Hoenich 等人利用膜乳化技聯(lián)聚苯乙烯-二乙烯基苯制備出小球形狀的微孔吸附劑，小球尺寸大約在 0 μm，小球表面有 4-10 nm 的介孔[51]，利用反向排阻色譜法選擇性的將血分子量較大的蛋白質(zhì)（球蛋白）保留，將中間分子量的毒素排除。實驗結(jié)明當吸附劑的尺寸小于 10 nm 可以顯著的吸附中間分子量的重溶菌酶，而蛋白保留在血液中。

但是查閱大量資料后，Mckeown 發(fā)現(xiàn)對剛性的微孔結(jié)構(gòu)的聚合物的研究幾乎沒有[52]。Mckeown 最初的設(shè)計策略是在剛性的骨架中引入延伸的苯環(huán)，模擬活性炭中石墨烯片層結(jié)構(gòu)[53]，隨后 Mckeown 合成出酞菁網(wǎng)絡(luò)聚合物，但是其結(jié)構(gòu)中含有較多的苯環(huán)，苯環(huán)之間有很強的 π-π 相互作用，最后得到的是非孔聚合物[54]。因此，要形成有孔的網(wǎng)絡(luò)聚合物，就要避免空間的無效堆積，阻止結(jié)構(gòu)坍塌從而失去微孔性。通過不斷的設(shè)計實驗，Mckeown 利用 5,5’,6,6’-四羥基-3,3,3,3’-四甲基-1,1’-螺旋雙茚滿和 4,5-二氯鄰苯二甲腈形成 1,4-二氧六環(huán)結(jié)構(gòu)，成功制備出一種無定形的微孔 PIMs。氮氣吸附測試表明在低壓區(qū)（相對壓力小于 0.01）隨著壓力的增加吸附曲線陡峭的上升，證實材料中有微孔，通過 BET算法計算出其比表面在 500-1000 m2g-1 [55]。之后 Mckeown 又合成出其他剛性的微孔網(wǎng)絡(luò)。其中利用對-四（五氟苯基）卟啉與 5,5’,6,6’-四羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺旋雙茚滿形成 1,4-二氧六環(huán)的反應(yīng)，成功的制備出剛性 PIMs[56]（圖 1.3為合成酞菁類 PIMs 的示意圖）。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]自活化烏拉草基多孔碳的制備和電化學性質(zhì)[J]. 王昀,賁騰,裘式綸.  高等學校化學學報. 2016(06)
[2]碳化多孔有機骨架制備氮摻雜多孔碳及其氣體吸附研究[J]. 李艷強,賁騰,裘式綸.  化學學報. 2015(06)
[3]四苯基乙烯基共軛微孔聚合物的制備及其氣體吸附[J]. 趙洋,王笑顏,張崇,蔣加興.  化學學報. 2015(06)



本文編號：3524219