湖南大学张世国团队: 新型高效超交联多孔离子聚合物构筑新策略

文摘   2024-10-21 11:20   英国  

研究背景

超交联多孔离子聚合物 (HCPIPs) 是一种新型多孔有机聚合物材料,结合了超交联聚合物(比表面积大、稳定性高、制备条件温和等)和离子液体(可设计性、导电性强、蒸气压低、性质稳定等)的优点,在气体捕获与分离、催化、能源存储、有机挥发物吸附和化学传感等方面有着广泛的应用前景。

超交联多孔离子聚合物基于单体的 Friedel-Crafts 烷基化反应合成。由于 Friedel-Crafts 烷基化反应涉及亲电取代步骤,而离子液体单体本身含有吸电子基团,因此目前只有少数单体能够顺利进行超交联。并且所制备得到的超交联多孔离子聚合物离子液体含量低和难以官能化。这些问题都极大限制了超交联多孔离子聚合物的发展与应用。

研究内容

近日,湖南大学 张世国教授 / 张妍副教授 带领研究团队首次提出了阴阳离子共超交联合成策略,成功合成了一种具有高离子液体含量、大比表面积、有序多级孔结构、优异稳定性的羟基官能化超交联多孔离子聚合物,并顺利应用于高效 CO2 捕集和催化转化。

该策略的关键之处在于离子液体单体的设计合成。本文通过理性结构设计,精准合成了一系列阴离子为四苯基硼酸根的离子液体单体。在离子液体单体的超交联过程中,具有刚性四面体结构四苯基硼酸根阴离子不仅提供了丰富的超交联位点,还有效削弱了 Friedel-Crafts 烷基化反应中吸电子基团的影响,确保了该类超交联多孔离子聚合物的顺利合成。
  • Figure 1. Synthesis of the non-cationic HCPIPs via the anion and cation hyper-crosslinking strategy.

该策略具有良好的普适性,适用于众多阴离子为四苯基硼酸根的离子液体单体。考虑到离子液体阳离子结构的多样性,该策略可用于合成各种高性能和特异性的超交联多孔离子聚合物。

该成果以 “Non-cationic hyper-crosslinked ionic polymers with hierarchically ordered porous structures: facile synthesis and applications for highly efficient CO2 capture and conversion”(《阴阳离子共超交联策略构筑新型高效超交联多孔离子聚合物》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。

论文信息

  • Non-cationic hyper-crosslinked ionic polymers with hierarchically ordered porous structures: facile synthesis and applications for highly efficient CO2 capture and conversion
    Bihua Chen, Junfeng Zeng, Shiguo Zhang*张世国,湖南大学)and Yan Zhang*张妍,湖南大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 14851-14864
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC03708A

作者简介

陈必华 博士后
湖南大学

本文第一作者,湖南大学材料科学与工程学院博士后,主要研究方向为功能离子液体和聚离子液体、CO2 捕集和催化转化、均/多相催化、绿色化学。







张世国 教授
湖南大学
本文通讯作者,湖南大学教授,博士生导师,2011 年博士毕业于中国科学院兰州化学物理研究所,2012-2016 年在日本横浜国立大学从事博士后研究,2017 年入选国家海外高层次青年人才,2018 年获得湖南省杰出青年基金支持。目前担任湖南大学发展规划办主任、教育部先进催化工程中心副主任、教育部能源电化学国际合作联合实验室副主任。主要研究方向离子液体功能材料设计及清洁能源应用研究,在 Chem. Rev., Prog. Mater. Sci., Coord. Chem. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Matter, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. 等国际期刊上发表论文 160 多篇。先后主持国家海外高层次青年人才计划项目、国家重点研发计划政府间重点专项、国家自然科学基金面上项目(3 项)和青年基金、湖南省“揭榜挂帅”重大科技攻关项目、湖南省杰出青年基金、湖南省重点研发计划、湖南省创新平台人才计划等多项国家和部省级项目。获离子液体与绿色过程“青年创新奖”(2017)、甘肃省技术发明三等奖(2013)和中国科学院“朱李月华”优秀博士生奖(2010)。








张妍 副教授
湖南大学
本文通讯作者,湖南大学副教授,硕士生导师,主要从事与多相催化和离子液体相关的教学和研究工作,在纳米限域催化、清洁催化氧化、负载型功能化离子液体的设计与催化应用等领域取得了一系列创新性成果,发表 SCI 论文 47 篇,包括 3 篇引用次数超过 130 的第一作者论文(单篇最高被引634次),专利授权 3 项。先后获湖南大学教学优秀奖(2018),湖南大学优秀教师(2022)。

期刊介绍

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