多孔有机骨架及其衍生的多孔碳的制备和性能的研究
发布时间：2021-11-28 09:59
优异的物理化学稳定性、较高的比表面积、可设计调控合成等优点使多孔有机骨架迅速成为科研人员研究的热点。从最初的设计并制备新结构的多孔有机骨架到如今的制备具有不同功能的多孔有机骨架,科研人员对多孔有机骨架的研究从未停歇,截至目前,多孔有机骨架已经广泛应用于能源存储和能量转化等研究领域。通过碳化多孔有机骨架制备的多孔碳材料,不仅可以保留多孔有机骨架的多孔性,还能拥有碳材料较高的导电性等优点,使得这类先进功能材料具有很高的研究价值。目前,通过碳化多孔芳香骨架已经成功制备出很多性能优异的多孔碳材料,并且这类材料在低压气体吸附,高压气体存储等环境保护领域都有着杰出的表现;同时,由于这类材料较高的导电性以及丰富的孔结构,使其在锂电等能量转化领域也有着广泛的应用。本论文从制备新结构的多孔有机骨架出发,成功制备出一种电中性的多孔有机骨架和三种杂原子掺杂的带电荷的多孔有机骨架,并对新材料进行了低压气体吸附性能研究。同时,通过对含碳量较高的多孔有机骨架进行简单的一步碳化,制备出多种多孔碳材料,并对这些多孔碳材料的气体吸附性能和电化学性能进行研究。本论文主要研究内容如下:第二章以3,3’,5,5’-四溴-1,...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
调节DVB含量为（a）0%；（b）较低含量；（c）较高含量的HCP-DVB-VBC的骨架示意图
饰的亲水性材料 MN-500，自身含有大孔的 HCPs 作为固定相，可以快速，同时容纳高流速下的大量液体。自身较小的孔可以起到有效的筛分作用如 MN-100[49]。苯和氯苯是最具代表性的挥发性有机化合物（VOCs）广泛于工业废气中。Zhang 等人研究并使用微孔的 HCPs 去吸附苯和氯苯蒸]，穿透实验结果表明微孔的 HPsorbent 对于苯和氯苯蒸汽的吸附平衡容量用的细粒度的活性炭相似（如图 1.2）。为了检验这种吸附剂的效率，利用业化的实验，将苯、氯苯混合气从工业副产物氯化氢中移除，结果表明在苯和氯苯的过程中，氯化氢不会发生可逆效应。Hoenich 等人利用膜乳化技联聚苯乙烯-二乙烯基苯制备出小球形状的微孔吸附剂，小球尺寸大约在 0 μm，小球表面有 4-10 nm 的介孔[51]，利用反向排阻色谱法选择性的将血分子量较大的蛋白质（球蛋白）保留，将中间分子量的毒素排除。实验结明当吸附剂的尺寸小于 10 nm 可以显著的吸附中间分子量的重溶菌酶，而蛋白保留在血液中。
但是查阅大量资料后，Mckeown 发现对刚性的微孔结构的聚合物的研究几乎没有[52]。Mckeown 最初的设计策略是在刚性的骨架中引入延伸的苯环，模拟活性炭中石墨烯片层结构[53]，随后 Mckeown 合成出酞菁网络聚合物，但是其结构中含有较多的苯环，苯环之间有很强的 π-π 相互作用，最后得到的是非孔聚合物[54]。因此，要形成有孔的网络聚合物，就要避免空间的无效堆积，阻止结构坍塌从而失去微孔性。通过不断的设计实验，Mckeown 利用 5,5’,6,6’-四羟基-3,3,3,3’-四甲基-1,1’-螺旋双茚满和 4,5-二氯邻苯二甲腈形成 1,4-二氧六环结构，成功制备出一种无定形的微孔 PIMs。氮气吸附测试表明在低压区（相对压力小于 0.01）随着压力的增加吸附曲线陡峭的上升，证实材料中有微孔，通过 BET算法计算出其比表面在 500-1000 m2g-1 [55]。之后 Mckeown 又合成出其他刚性的微孔网络。其中利用对-四（五氟苯基）卟啉与 5,5’,6,6’-四羟基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺旋双茚满形成 1,4-二氧六环的反应，成功的制备出刚性 PIMs[56]（图 1.3为合成酞菁类 PIMs 的示意图）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质[J]. 王昀,贲腾,裘式纶. 高等学校化学学报. 2016(06)
[2]碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究[J]. 李艳强,贲腾,裘式纶. 化学学报. 2015(06)
[3]四苯基乙烯基共轭微孔聚合物的制备及其气体吸附[J]. 赵洋,王笑颜,张崇,蒋加兴. 化学学报. 2015(06)
本文编号：3524219
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
调节DVB含量为（a）0%；（b）较低含量；（c）较高含量的HCP-DVB-VBC的骨架示意图
饰的亲水性材料 MN-500，自身含有大孔的 HCPs 作为固定相，可以快速，同时容纳高流速下的大量液体。自身较小的孔可以起到有效的筛分作用如 MN-100[49]。苯和氯苯是最具代表性的挥发性有机化合物（VOCs）广泛于工业废气中。Zhang 等人研究并使用微孔的 HCPs 去吸附苯和氯苯蒸]，穿透实验结果表明微孔的 HPsorbent 对于苯和氯苯蒸汽的吸附平衡容量用的细粒度的活性炭相似（如图 1.2）。为了检验这种吸附剂的效率，利用业化的实验，将苯、氯苯混合气从工业副产物氯化氢中移除，结果表明在苯和氯苯的过程中，氯化氢不会发生可逆效应。Hoenich 等人利用膜乳化技联聚苯乙烯-二乙烯基苯制备出小球形状的微孔吸附剂，小球尺寸大约在 0 μm，小球表面有 4-10 nm 的介孔[51]，利用反向排阻色谱法选择性的将血分子量较大的蛋白质（球蛋白）保留，将中间分子量的毒素排除。实验结明当吸附剂的尺寸小于 10 nm 可以显著的吸附中间分子量的重溶菌酶，而蛋白保留在血液中。
但是查阅大量资料后，Mckeown 发现对刚性的微孔结构的聚合物的研究几乎没有[52]。Mckeown 最初的设计策略是在刚性的骨架中引入延伸的苯环，模拟活性炭中石墨烯片层结构[53]，随后 Mckeown 合成出酞菁网络聚合物，但是其结构中含有较多的苯环，苯环之间有很强的 π-π 相互作用，最后得到的是非孔聚合物[54]。因此，要形成有孔的网络聚合物，就要避免空间的无效堆积，阻止结构坍塌从而失去微孔性。通过不断的设计实验，Mckeown 利用 5,5’,6,6’-四羟基-3,3,3,3’-四甲基-1,1’-螺旋双茚满和 4,5-二氯邻苯二甲腈形成 1,4-二氧六环结构，成功制备出一种无定形的微孔 PIMs。氮气吸附测试表明在低压区（相对压力小于 0.01）随着压力的增加吸附曲线陡峭的上升，证实材料中有微孔，通过 BET算法计算出其比表面在 500-1000 m2g-1 [55]。之后 Mckeown 又合成出其他刚性的微孔网络。其中利用对-四（五氟苯基）卟啉与 5,5’,6,6’-四羟基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺旋双茚满形成 1,4-二氧六环的反应，成功的制备出刚性 PIMs[56]（图 1.3为合成酞菁类 PIMs 的示意图）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质[J]. 王昀,贲腾,裘式纶. 高等学校化学学报. 2016(06)
[2]碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究[J]. 李艳强,贲腾,裘式纶. 化学学报. 2015(06)
[3]四苯基乙烯基共轭微孔聚合物的制备及其气体吸附[J]. 赵洋,王笑颜,张崇,蒋加兴. 化学学报. 2015(06)
本文编号：3524219
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