Acc. Chem. Res.: 二维多孔聚合物-从三明治结构到分层骨架
Yolerz Yolerz 2018-11-15

在过去的十年中,多孔聚合物因其易于调节的孔隙度,富含碳骨架和突出的物理性质引起了研究人员的极大兴趣。这些属性使多孔聚合物能够用于各种应用,如传感,气体分离和储存,催化和储能。然而差的分散性长期阻碍了多孔聚合物的发展。大多数报道的多孔聚合物只能通过在反应过程中从溶液中直接沉淀形成无定形结构。合理设计和合成具有可控形态的多孔聚合物,如2D形态,仍然是很大的挑战。

2D多孔聚合物具有聚合物,多孔材料和2D纳米材料的先进特性。通常用于产生2D多孔聚合物的聚合策略主要包括多维单体在2D空间受限环境中的交联,如结晶固体表面,液-液界面和液-气界面。但这些方法总是涉及复杂的操作,如在真空下,复杂的设备,薄膜转移技术,去角质等,并且最重要的是,难以按比例放大。

为了克服这种合成障碍,2D纳米材料(如石墨烯)可以用作2D模板,用于合成夹心状2D多孔聚合物和多孔碳纳米片。对溴苯,对氰基苯,聚丙烯腈和氨基官能化石墨烯用作模板,通过Sonogashira-Hagihara偶联反应,缩合反应,离子热反应,可逆加成-断裂链转移聚合等反应进行直接表面聚合, Friedel-Crafts反应和氧化反应。因此可以容易地制备夹心状2D共轭微孔聚合物,席夫碱型多孔聚合物,共价三嗪骨架,超交联多孔聚合物和中孔导电聚合物。除石墨烯之外,其他2D纳米材料(如MoS2)也可以作用2D模板来构建2D多孔聚合物和相应的杂化材料。在少数情况下,可以在没有2D模板的情况下实现多孔聚合物的2D形态。如,烯烃键连接的共价有机骨架可以通过Knoevenagel缩合反应合成。多孔聚合物可用作富碳前体,以产生杂原子掺杂的多孔碳,用于能量储存和催化。因此,2D多孔聚合物的一个益处是通过直接热解而不使用无机多孔模板的多孔碳纳米片的新途径。在本文中,上海交大庄小东等人总结了最近对二维多孔聚合物和相应的多孔碳纳米片的研究。

目前,仅开发了非常有限的2D纳米材料作为用于合成三明治夹心-2D多孔聚合物(SL-2DPP)的2D模板。功能单体的设计和合成是提高SL-2DPP应用的有效方法。如,含有过渡金属配位中心的结构单元可用于制造SL-2DPP和相应的碳纳米片,其具有ORR,HER,CO2RR和氮还原反应的嵌入活性位点。随着新2D材料的出现,可以采用各种2D模板和单体来制备用于特定应用的SL-2DPP。

Jinhui Zhu, Chongqing Yang, Chenbao Lu, Fan Zhang, Zhanhui Yuan, Xiaodong Zhuang, Two-Dimensional Porous Polymers: From Sandwich-like Structure to Layered Skeleton[J], Acc. Chem. Res., 2018.

DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00444

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.8b00444

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