[发明专利]一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵及其制备和应用。该卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵包括：卟啉基共轭微孔聚合物、葡萄糖‑壳聚糖和聚氨酯海绵。该制备方法包括：将四溴苯基卟啉和对苯二胺在碱、催化剂和配体下Buchwald‑Hartwig交叉偶联反应，将得到的卟啉基共轭微孔聚合物与葡萄糖‑壳聚糖水溶液混合，将聚氨酯海绵浸泡在得到的混合溶液中，加热交联。该制备方法具有操作简单，材料易得的优点；卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵具有光热转换效率高及蒸发速率快、可回收多次利用、稳定性良好等优点。

技术领域

本发明属于光热转换材料及其制备与应用领域，特别涉及一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵及其制备和应用。

背景技术

光热转换技术利用清洁可再生太阳光辐照物体，使其吸收太阳光并通过等离子共振效应、共轭效应、非辐射弛豫、分子热振动等机制将光能转化为热，从而加速海水蒸发，实现海水淡化。共轭微孔聚合物是一类通过共价键连接的，具有稳定三维网络结构的共轭有机多孔材料。基于丰富的单体与多种合成方法，共轭微孔聚合物的分子设计灵活，进而可以调控聚合物的表面性能，比如材料的孔隙结构、比表面积、光吸收能力及亲水性等重要的光热转换参数，是一类非常研究价值的光热转换材料。

卟啉是由四个吡咯环通过次甲基互联形成的大分子杂环化合物。大环上具有18个高度共轭电子，整体呈现平面结构，有利于π-电子离域。由卟啉衍生的化合物，因为具有永久的微孔结构和扩展的π-共轭骨架，以卟啉为单体构建的在可见光-近红外光区有强烈的吸光性，且聚合物化学稳定性较好。然而，目前绝大多数的共轭微孔聚合物均为粉末状，由于其聚合后不熔不溶特性而难以再加工，在海水淡化、界面蒸发等应用带来了极大限制和挑战。

聚多巴胺-聚氨酯海绵(Appl.Energy,2017,206,63-69)，通过在聚氨酯海绵骨架上原位聚合多巴胺，制得了光热转换海绵。在1kW m^-2光照下，其蒸发速率为0.83kg m^-2h^-1，光热转换效率为52.2％。黑磷-聚氨酯海绵(Sol.RRL 2020,4,1900537)，通过层层组装方式制得。在1kW m^-2光照下，其蒸发速率为1.082kg m^-2h^-1，光热转换效率为76.4％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵及其制备和应用，填补了现有用于海水淡化的卟啉基共轭微孔聚合物及其光热转换海绵的空白，克服了粉末状聚合物加工性能不佳的缺陷。

本发明提供一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵，包括：卟啉基共轭微孔聚合物、葡萄糖-壳聚糖和聚氨酯海绵；所述卟啉基共轭微孔聚合物的结构式为：

优选地，所述卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵是将卟啉基共轭微孔聚合物、葡萄糖-壳聚糖和聚氨酯海绵在聚氨酯海绵上加热交联获得。

优选地，所述卟啉基共轭微孔聚合物与葡萄糖-壳聚糖的质量比为1-9:2-3。

本发明还提供一种卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵的制备方法，包括：

(1)将四溴苯基卟啉和对苯二胺混合，加入碱、催化剂和配体，氮气氛围下加入溶剂，Buchwald-Hartwig交叉偶联反应，洗涤、过滤、干燥，得到卟啉基共轭微孔聚合物；

(2)将卟啉基共轭微孔聚合物与葡萄糖-壳聚糖水溶液混合，将聚氨酯海绵浸泡在得到的混合溶液中，加热交联，得到卟啉基共轭微孔聚合物光热转换海绵。

优选地，所述步骤(1)中四溴苯基卟啉和对苯二胺、碱、催化剂和配体的摩尔比为0.2:0.2-0.6:1-2:0.01-0.02:0.02-0.03。

优选地，所述步骤(1)中四溴苯基卟啉与溶剂的比例为0.2mmol:15-25mL。