[发明专利]盐增强调控多孔有机聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种盐增强调控多孔有机聚合物及其制备方法和应用，其采用包括无机盐和有机盐在内的盐，利用盐对溶剂Hansen溶解度的影响效应实现对多种偶联反应所得多孔有机聚合物比表面积和孔隙的可控性增强。与此同时，盐的加入还能促进聚合物形成类似金属有机框架或共轭有机框架的均一微孔孔隙，从而进一步实现对聚合物二氧化碳吸附量的增强。本发明操作简单、条件温和、效果显著、绿色环保，在无需任何催化剂、复杂药剂存在或者复杂操作条件下即可实现聚合物的比表面积增加3200%以上、CO₂吸附量增加300%以上。本发明在锂硫电池隔膜、废水吸附处理、催化等应用上还具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于化学功能材料合成领域，具体涉及一种盐增强调控多孔有机聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

多孔有机聚合物（POPs）是指一类具有丰富孔道的有机聚合物。其基本结构单元是由一个具有三个以上接点的核心子（Core；A_i (i3)）和数个带有相应偶联基团且具有两个以上接点的连接子（Linker；B_j(j2)）组成。在某些化学反应的偶联下，A_i和B_j会聚合形成网络状的分子结构，并获得POPs的两个重要性质：大比表面积和丰富孔道。与传统聚合物相比，多孔有机聚合物还具有以下独特的特点：（1）比表面积大，通常接近1000 m²/g；（2）优异的化学稳定性，不溶于酸碱和有机溶剂；（3）良好的热稳定性，分解温度大于300℃；（4）多孔有机聚合物制备方法简单，成本也相对较为低廉。因此，多孔有机聚合物被广泛应用于催化、吸附和电池能源领域。多孔有机聚合物的比表面积不仅可以按需为客体提供更多的储存空间，且还可以按需实现吸附位点和催化位点的暴露，从而调控多孔有机聚合物在吸附分离和催化应用中的效能；而丰富均一的孔道不仅可促进传质，还有可以利用分子识别效应实现催化和分离的选择性，进而实现快速选择吸附和催化，以及有效降低锂硫电池使用过程中的“穿梭效应”。

然而，对于有些聚合反应（如Buchwald-Hartwig（BH）），即便具备获得POPs的所有基本条件，然而所得的聚合物比表面积很低，孔容很小。这说明具有网络状的分子结构不是获得大比表面积POPs的充分条件。因此，在机理不清的情况下，研究者仍然很难按需实现对POPs比表面积的精准调控。与此同时，POPs虽然具有构筑出均一孔道的分子结构，但是，目前仅具有良好结晶度的COFs和少部分偶联反应下形成的无定型POPs拥有较为均一的孔道，而对于大部分的POPs，均一孔道的构筑仍是一个挑战。

发明内容

针对上述挑战和不足，本发明的目的是提供一种解决部分偶联反应条件下多孔共轭聚合物比表面积和孔隙率低、孔径分布宽以及多种聚合反应所得多孔有机聚合物比表面积和孔隙无法调控的方法。具体来说，本发明利用盐对溶剂Hansen溶解度的影响效应，采用不同离子尺寸的盐实现对各种偶联反应所得多孔有机聚合物比表面积、孔隙和CO₂吸附量的可控性增强。所制得的聚合物的比表面积可以随着加入盐阳离子/阴离子尺寸的减小而增加。与此同时，通过盐投加量以及盐的类型还能调控多孔有机聚合物的孔径分布，从而促进聚合物形成类似金属有机框架或共轭有机框架的均一微孔孔隙，对聚合物应用于二氧化碳捕集和废水污染物吸附的增强以及防止锂硫电池中锂硫聚合物穿梭均有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：