八乙烯基POSS的功能化及其杂化多孔材料的制备与性能的研究

发布时间：2017-07-14 04:19

  本文关键词：八乙烯基POSS的功能化及其杂化多孔材料的制备与性能的研究

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【摘要】：笼型倍半硅氧烷(简称POSS)作为一类具有三维结构、有机-无机杂化的纳米分子,在杂化多孔材料研究上有着广泛的应用。但是,随着研究的深入,已有POSS化合物已不能满足许多应用方面的要求,对其进行功能化研究就显得十分必要。尽管多种有机反应已应用于POSS的合成及功能化研究,但探索简单、经济、高效的合成路线来制备新型的POSS单体,仍具有重要的科学价值和实际意义。另一方面,利用所合成的新型POSS单体来构筑能满足不同需要的杂化多孔聚合物,也是这个领域的一个重要的发展方向,具有重要的理论意义和实用价值。本论文就是围绕以上两个方面来开展研究的,具体内容如下：1.以八乙烯基POSS、溴苯为原料,在无水三氯化铝的催化下,进行Friedel-Crafts烷基化反应,高效地合成出八溴苯乙基POSS (BrPh-POSS)。通过FT-IR、NMR、元素分析,对其结构进行了表征,并确定出了BrPh-POSS中邻、对位取代部分所占的比例。在对其性质的研究中发现,BrPh-POSS在311 nm处具有较强的荧光发射；因结构存在两种取代方式,在紫外光谱上表现出两组吸收峰(239、268 nm); TGA曲线证明八溴苯乙基POSS具有优异的热稳定性,其初始热分解温度(Td,5 wt%)达到410℃。2.再以合成的八溴苯乙基POSS作为原料,分别与八乙烯基POSS、四乙烯苯基硅烷进行Heck偶联反应,得到两类交联聚合物。其中,氮气吸附-脱附测试证明BrPh-POSS与八乙烯基POSS的反应产物为多孔聚合物,其BET比表面积为334 m2 g-1。通过PXRD、TGA、CO2吸附等表征,证明了该多孔聚合物为无定型结构,并表现出较高的热稳定性、中等的CO2吸附和储存能力。3.选取八乙烯基POSS、1,3,5-三溴苯、4,4'-二溴偶氮苯为构筑单体,利用Heck反应、采取一步三元交联共聚的方式,制备出一系列不同偶氮苯含量的杂化多孔聚合物(HPPs)。所得材料具有很好的多孔性,并且含有介孔与微孔两种孔型,其比表面积为545-686 m2g-1。随着聚合物中偶氮苯含量的增加,HPPs的比表面积反而逐渐减小,但材料总孔容几乎保持不变。另外,HPPs表现出很好的热稳定性,热分解温度最高达到402℃；在273 K、101 kPa下,HPPs对CO2的吸附量为4.18-5.45 wt%,而且提高偶氮苯的含量对其CO2吸附能力具有促进作用。
【关键词】：八乙烯基POSS 功能化 多孔聚合物 Friedel-Crafts反应 Heck反应
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TB383.4
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 绪论15-38
• 1.1 引言15-16
• 1.2 笼型倍半硅氧烷(POSS)简介16-17
• 1.3 POSS分子的功能化研究17-22
• 1.3.1 卤苯基POSS分子的合成17-19
• 1.3.2 环氧基POSS分子的合成19-20
• 1.3.3 硝基、氨基POSS分子的合成20
• 1.3.4 羧酸基POSS分子的合成20-21
• 1.3.5 苯磺酸基POSS分子的合成21-22
• 1.4 POSS基杂化多孔材料的合成22-27
• 1.4.1 Friedel-Crafts反应合成POSS基多孔材料22-24
• 1.4.2 Heck反应合成POSS基多孔材料24-25
• 1.4.3 Suzuki偶联反应合成POSS基多孔材料25-26
• 1.4.4 Ullmann耦合反应合成POSS基多孔材料26
• 1.4.5 Schiff碱化学法合成POSS基多孔材料26-27
• 1.5 偶氮苯功能化的POSS分子与杂化多孔聚合物27-32
• 1.5.1 偶氮苯分子27-28
• 1.5.2 偶氮苯功能化的POSS分子28-30
• 1.5.3 偶氮苯功能化的杂化材料30-32
• 1.6 本课题研究内容与意义32-34
• 参考文献34-38
• 第二章 八溴苯乙基功能化POSS的合成及其在杂化多孔材料构筑上的应用38-61
• 2.1 前言38-40
• 2.2 实验部分40-46
• 2.2.1 实验原料40-41
• 2.2.2 试剂的纯化及处理41
• 2.2.3 仪器及测试方法41-43
• 2.2.3.1 红外光谱(FT-IR)分析41
• 2.2.3.2 玻璃化转变温度(T_g)表征41-42
• 2.2.3.3 核磁共振谱分析42
• 2.2.3.4 元素分析42
• 2.2.3.5 热重分析(TGA)42
• 2.2.3.6 粉末X射线衍射(PXRD)分析42
• 2.2.3.7 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析42-43
• 2.2.3.8 光学性质分析43
• 2.2.3.9 多孔性质分析43
• 2.2.3.10 二氧化碳吸附性能分析43
• 2.2.4 目标产物的制备43-46
• 2.2.4.1 TVPS的合成43-44
• 2.2.4.2 八溴苯乙基功能化POSS(BrPh-POSS)的合成44
• 2.2.4.3 杂化多孔聚合物的合成44-46
• 2.3 结果与讨论46-55
• 2.3.1 实验条件的选择46
• 2.3.2 BrPh-POSS的结构表征46-49
• 2.3.3 杂化多孔聚合物(HPPs)的孔性能分析49-50
• 2.3.4 HPP-1的结构表征50-51
• 2.3.5 HPP-1的形貌表征51-52
• 2.3.6 HPP-1的光学特性表征52-53
• 2.3.7 HPP-1的热稳定性分析53-54
• 2.3.8 HPP-1的CO_2吸附性能分析54-55
• 2.4 本章小结55-56
• 参考文献56-61
• 第三章 偶氮苯功能化POSS基多孔聚合物的合成与应用研究61-81
• 3.1 前言61-63
• 3.2 实验部分63-67
• 3.2.1 实验原料63-64
• 3.2.2 试剂的纯化及处理64
• 3.2.3 仪器及测试方法64-66
• 3.2.3.1 红外分析64
• 3.2.3.2 核磁共振分析64
• 3.2.3.3 元素分析64-65
• 3.2.3.4 多孔性质分析65
• 3.2.3.5 粉末X射线衍射分析65
• 3.2.3.6 场发射扫描电镜分析65
• 3.2.3.7 高分辨透射电镜分析65
• 3.2.3.8 热重分析65
• 3.2.3.9 二氧化碳吸附性能测试65-66
• 3.2.4 杂化多孔聚合物(HPPs)的合成方法66-67
• 3.3 结果与讨论67-75
• 3.3.1 实验条件的选择67-68
• 3.3.2 HPPs的结构表征68-69
• 3.3.3 HPPs的孔性能分析69-72
• 3.3.4 HPPs的形貌结构分析72-73
• 3.3.5 HPPs的热稳定性分析73-74
• 3.3.6 HPPs的CO_2吸附性能分析74-75
• 3.4 本章小结75-76
• 参考文献76-81
• 第四章 结论81-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士期间发表的论文84-85
• 附件85-103

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本文编号：539646