富氮型多孔离子聚合物在气体吸附与锂硫电池中的应用
发布时间：2022-02-08 14:42
多孔离子聚合物（Porous ionic polymers,PiPs）是一种功能化有机聚合物材料,它结合了多孔聚合物和离子化合物两种功能材料的优势,具有带电性、多孔性及高比表面积等特点。PiPs的离子基团可以通过化学接枝到聚合物主链中,也能够通过共价键作用与聚合物骨架相键接。通过筛选结构单元和离子基团,可以容易地改变官能团与活性位点以调控PiPs的物理化学性质。同时,PiPs的比表面积,亲疏水性,孔径大小和孔体积等性能能够通过阴阳离子交换来调节,因此多孔离子聚合物在诸多领域中如在药物控释、气体吸附/分离、催化、抗菌应用和水净化领域上具有潜在应用价值。根据不同应用场景对PiPs组成、结构进行调控,能够拓展多孔离子聚合物的应用。本文设计并制备了多种功能化的多孔离子聚合物,包括联吡啶型多孔离子聚合物、聚吡咯接枝MOF基离子多孔材料,并研究了这些多孔离子聚合物材料分别在吸附分离有害气体以及其电化学中的应用。具体研究内容有:（1）设计合成离子型共价三嗪框架（ICTFs）多孔聚合物。合成了氰基取代联吡啶类离子液体作为离子型共价三嗪骨架前驱体。通过控温程序熔融法聚合,成功得到离子型共价三嗪框架（IC...
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１多孔材料的常见种类形式
唑鐵类单体??的共聚合制备了多孔聚合物膜，如亲水性１，２－二甲基－３－丁烯基咪唑－溴化锆（ＩＬ－Ｂｒ）??和１，２－二甲基－３－丁烯基咪唑六氟磷酸盐（ＩＬ－ＰＦ６）用于金属离子吸收。所得到的两亲??性聚合物膜在水溶液中形成多孔结构，可通过亲水性（ＰＩＬ－Ｂｒ）和疏水性（ＰＩＬ－ＰＦ６）链??段的摩尔比来调节。最近，￥〇０等［４２］选用二乙烯基苯作为交联剂，咪唑鑰型离子液??体单体、丙烯酸、Ｎ－异丙基丙烯酰胺和丙烯腈作为反应活性单体，共聚合制备了??具有热敏和ｐＨ响应性质的ＰＩＬｓ膜（图１．２）。由于ＣＯＯ－和咪唑阳离子之间增强的??静电络合作用，用碱性溶液（低浓度氨水）处理后会发生相分离，可以观察到相互贯??穿的多孔结构。这些孔可以通过浸入酸溶液中可以实现自愈合。??、１?Ｉ?１??＜？）＋?〇＾〇Ｈ＋?｜?＋?ｎＡ＾Ｈ?Ｐｈｏｔｏ－ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ＾?＜？Ｊ?〇＾〇Ｈ?Ｍｌ?ｏＡ＾??气?Ｎ人??／?／?Ｘ－Ｂｒ，ＰＦ６，ＴＦ￥Ｉ??图１．２具有热敏和ｐＨ响应性质的ＰＩＬｓ膜制备［４２］。??４??
制备了多孔聚合物膜，如图所示，通过离子液体阳离??子聚１－氰基－３甲基乙烯基咪唑和阴离子三氟甲磺酸根和聚乳酸之间会有静电交联??作用，接着将聚合物膜浸泡在氨水溶液中，聚丙烯酸吸水发生相分离发生相分离??而形成微孔，多孔膜从玻璃板上解离。得到的多孔膜通过控温碳化可得到分级的??氮掺杂碳膜。这种碳膜再经磷掺杂，得到的一种高度石墨化、三维的微／中／大孔互??联，氮掺杂均匀，分散性好的Ｃｏ／ＣｏＰ纳米晶体多孔碳膜，其在水的裂解中展现了??优越的电催化活性和长期运行在酸性和碱性条件下的稳定性（图１．３）。??ａ）?ｂ）?．．．．—??Ｐｏｒｏｕｓ?Ｐｏｌｙｍｅｒ?．Ｍｅｍｂｒａｎｅ?１，?Ｓｏａｋｃｎｆ?ｍ?Ｃｉ＞２＋?ｓｏｆｕｔｆｏｎ??３，?Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉ／．ａｔｉ？ｎ?????，．ｒ，ｒｒ??藤：．．．．．．．．．．．．．ｒ＿??、?．．．．．．：！！．ｙ??图１．３高效光解水多孔碳膜的制备［４３］。??最近，Ｊｉａｎｇ等Ｍ选用中性单体１，３，６，８－四－（对胺基苯基）－芘和离子结构单元５?，６－??双（４－甲酰基苄基）－１，３－二甲基－苯并咪唑鑰溴化物制备了具有高结晶度和孔隙率的??离子ＣＯＦ。获得的离子型ＣＯＦ的Ｓｂｅｔ高达１５３２ｍ２ｇ－１。孔径大小为２．３ｎｍ。离子??ＣＯＦ在用有机溶剂，沸水和ＨＣ１水溶液和ＮａＯＨ水溶液处理２４小时后，仍然表??现出较高的化学稳定性。所制备的离子型ＣＯＦ由于层间电荷排斥减少，增强了墙??壁两侧的电偶极子作用，将材料对二氧化碳吸附量提高三倍左右。对于这种结构单??元的层层堆叠，交替排列的离子型的ＣＯＦ来说，独特的分子构型可以为阳离子中??心周围提供足够的开放空间，
本文编号：3615250
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１多孔材料的常见种类形式
唑鐵类单体??的共聚合制备了多孔聚合物膜，如亲水性１，２－二甲基－３－丁烯基咪唑－溴化锆（ＩＬ－Ｂｒ）??和１，２－二甲基－３－丁烯基咪唑六氟磷酸盐（ＩＬ－ＰＦ６）用于金属离子吸收。所得到的两亲??性聚合物膜在水溶液中形成多孔结构，可通过亲水性（ＰＩＬ－Ｂｒ）和疏水性（ＰＩＬ－ＰＦ６）链??段的摩尔比来调节。最近，￥〇０等［４２］选用二乙烯基苯作为交联剂，咪唑鑰型离子液??体单体、丙烯酸、Ｎ－异丙基丙烯酰胺和丙烯腈作为反应活性单体，共聚合制备了??具有热敏和ｐＨ响应性质的ＰＩＬｓ膜（图１．２）。由于ＣＯＯ－和咪唑阳离子之间增强的??静电络合作用，用碱性溶液（低浓度氨水）处理后会发生相分离，可以观察到相互贯??穿的多孔结构。这些孔可以通过浸入酸溶液中可以实现自愈合。??、１?Ｉ?１??＜？）＋?〇＾〇Ｈ＋?｜?＋?ｎＡ＾Ｈ?Ｐｈｏｔｏ－ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ＾?＜？Ｊ?〇＾〇Ｈ?Ｍｌ?ｏＡ＾??气?Ｎ人??／?／?Ｘ－Ｂｒ，ＰＦ６，ＴＦ￥Ｉ??图１．２具有热敏和ｐＨ响应性质的ＰＩＬｓ膜制备［４２］。??４??
制备了多孔聚合物膜，如图所示，通过离子液体阳离??子聚１－氰基－３甲基乙烯基咪唑和阴离子三氟甲磺酸根和聚乳酸之间会有静电交联??作用，接着将聚合物膜浸泡在氨水溶液中，聚丙烯酸吸水发生相分离发生相分离??而形成微孔，多孔膜从玻璃板上解离。得到的多孔膜通过控温碳化可得到分级的??氮掺杂碳膜。这种碳膜再经磷掺杂，得到的一种高度石墨化、三维的微／中／大孔互??联，氮掺杂均匀，分散性好的Ｃｏ／ＣｏＰ纳米晶体多孔碳膜，其在水的裂解中展现了??优越的电催化活性和长期运行在酸性和碱性条件下的稳定性（图１．３）。??ａ）?ｂ）?．．．．—??Ｐｏｒｏｕｓ?Ｐｏｌｙｍｅｒ?．Ｍｅｍｂｒａｎｅ?１，?Ｓｏａｋｃｎｆ?ｍ?Ｃｉ＞２＋?ｓｏｆｕｔｆｏｎ??３，?Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉ／．ａｔｉ？ｎ?????，．ｒ，ｒｒ??藤：．．．．．．．．．．．．．ｒ＿??、?．．．．．．：！！．ｙ??图１．３高效光解水多孔碳膜的制备［４３］。??最近，Ｊｉａｎｇ等Ｍ选用中性单体１，３，６，８－四－（对胺基苯基）－芘和离子结构单元５?，６－??双（４－甲酰基苄基）－１，３－二甲基－苯并咪唑鑰溴化物制备了具有高结晶度和孔隙率的??离子ＣＯＦ。获得的离子型ＣＯＦ的Ｓｂｅｔ高达１５３２ｍ２ｇ－１。孔径大小为２．３ｎｍ。离子??ＣＯＦ在用有机溶剂，沸水和ＨＣ１水溶液和ＮａＯＨ水溶液处理２４小时后，仍然表??现出较高的化学稳定性。所制备的离子型ＣＯＦ由于层间电荷排斥减少，增强了墙??壁两侧的电偶极子作用，将材料对二氧化碳吸附量提高三倍左右。对于这种结构单??元的层层堆叠，交替排列的离子型的ＣＯＦ来说，独特的分子构型可以为阳离子中??心周围提供足够的开放空间，
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