一類有機(jī)硅多孔材料的制備及性能研究.pdf

1、有機(jī)硅材料由于其結(jié)構(gòu)中硅原子的存在，具有獨(dú)特的性能，在航空航天、電子電氣、機(jī)械、建筑等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為國民生活中不可或缺的材料。有機(jī)硅材料在近些年來發(fā)展迅速，但是，相對于種類繁多的有機(jī)碳材料，有機(jī)硅材料種類較少，發(fā)展新型有機(jī)硅功能材料依然是研究者關(guān)注的重點(diǎn)。近年發(fā)展起來的有機(jī)多孔聚合物以其優(yōu)異的孔性質(zhì)、重量輕、合成多樣化、有機(jī)骨架的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、應(yīng)用廣泛受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。與有機(jī)碳多孔材料相比，有機(jī)硅多孔材料具

2、有單體易合成、比表面積高等優(yōu)勢，但是以有機(jī)硅單體構(gòu)筑的有機(jī)硅多孔材料僅處于起步階段。
　　因此，本論文主要工作是設(shè)計合成了幾種以硅為核的微孔聚合物材料，通過固體核磁、元素分析、氮?dú)獾葴匚摳降仁侄螌λ貌牧系慕Y(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征，并初步研究了這些材料對二氧化碳吸附等氣體的吸附能力，具體工作如下：
　?。?）基于四面體硅單元與螺二芴單元的多孔聚合物的制備及性能研究。我們將四面體硅單元與螺二芴單元的優(yōu)勢相結(jié)合，將它們同時引入到多

3、孔網(wǎng)絡(luò)中，以四溴苯基硅烷（p-Si和m-Si）和炔基螺二芴作為構(gòu)筑單體，通過Sonogashira反應(yīng)制備了兩種有機(jī)硅多孔聚合物POP-1和POP-2。與其它多孔聚合物相比，所得材料具有良好的熱穩(wěn)定性和高的比表面積，SBET最高達(dá)到983 m2 g-1，孔體積達(dá)到0.85 cm3 g-1。通過改變有機(jī)硅單元連接點(diǎn)的位置，對材料的多孔性能進(jìn)行調(diào)整。在應(yīng)用方面，材料具有中等的二氧化碳儲存量，POP-1在273 K、1.03 bar下的吸附量

4、為1.92 mmol g-1(8.45 wt％)，在298 K、1.01 bar下吸附量為1.12 mmol g-1(4.93 wt%)，并且具有高的CO2吸附晗（26.8 kJ mol-1）。更重要的是，材料具有良好的CO2選擇性吸附，包括N2，O2和CH4。這些結(jié)果表明，所得材料能夠作為潛在的吸附材料用于儲存和捕獲二氧化碳。
　?。?）基于吡啶基的有機(jī)硅多孔材料的制備及性能研究。將吡啶作為功能性單元引入到有機(jī)硅多孔網(wǎng)絡(luò)中，制備

5、了一系列的有機(jī)硅多孔聚合物POP-3~POP-6。研究發(fā)現(xiàn)，通過改變吡啶單體的類型及連接點(diǎn)的位置能夠?qū)崿F(xiàn)材料孔性能的調(diào)控，比表面積最高為410 m2 g-1，孔體積為0.34 cm3 g-1。改變硅單元的連接位置對材料的孔性能亦有較大影響。在材料的比表面積不高的前提下，仍具有較高的 CO2吸附性能，有望作為吸附材料在CO2的捕獲或儲存中得到實際應(yīng)用。
　?。?）基于芴酮單元的有機(jī)硅多孔聚合物的制備及后功能化。將芴酮單元引入到有機(jī)硅

6、多孔網(wǎng)絡(luò)中，制備了新型芴酮基有機(jī)硅多孔聚合物POP-7，并利用芴酮單元的羰基對其后功能化制備了POP-8。研究發(fā)現(xiàn)，后功能化后雖然多孔性能和氣體吸附性能均有所降低，但對于 CO2吸附性能在一定程度上明顯提高，顯然是由于氨基的引入提高了材料與CO2的相互作用。這為有機(jī)多孔材料的后功能化提供了新的思路。
　?。?）有機(jī)硅多孔聚合物的炔基后功能化。將對二炔基苯單元引入到有機(jī)硅多孔網(wǎng)絡(luò)中，制備了新型有機(jī)硅多孔聚合物POP-9，并利用過量的