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更簡單,更高效!華中科大報道二維高分子合成新方法

來源:化學加      2017-04-19
導讀:二維高分子是近幾年高分子界的新寵,由于與石墨烯分子結構相近而又有著豐富的結構變化,有著與常規高分子相比更優越的性質,自問世之處就得到了極大的關注。如何高效合成二維高分子成為了重要的課題。 近日,來自華中科技大學化學化工學院的譚必恩課題組發展了一種基于“自上而下”策略的二維高分子合成新方法,使用簡單的原料與反應條件就可高效得到二維高分子材料。該研究成果發表在Science子刊Science Advances。

本研究使用苯或者聯苯類化合物作為單體之一,以不同長度的二鹵代烴作為單體之二,這里,二鹵代烴是一個多元的角色,既是一種廉價的溶劑,又是穩定的親電試劑,也是交聯劑,利用AlCl3催化下的芳香烴與鹵代烴之間發生的Friedel-Crafts反應,成鍵交聯得到二維高分子的本體材料,不同的單體選擇與組合會給二維材料產物帶來不同的性質變化。

(圖注:(A)合成路線;(B)芳香烴種類;(C)得到二維材料的示意圖)

這樣的策略和近幾年如火如荼的二維材料COF的合成非常類似,但是,常規的COF材料往往水熱穩定性較差,并且單體設計復雜,本研究提供的路線無疑在這兩個方面更勝一籌。得到的二維材料被研究者稱為超交聯聚合物(HCP)。

研究者對產物結構進行了詳細的表征,因為產物不溶,使用固體核磁可以證明產物的結構。甚至可以在反應初期從體系中分離得到二聚體,可以清晰地證明發生了聚合反應。

(圖注:產物的固體核磁譜圖)

此外,使用電鏡可以二維材料產物的層狀形貌。

(圖注:高分辨率TEM圖像)

借助超聲輔助溶劑剝離方法,可以得打一些較薄的納米片,通過AFM可以表征出其厚度在2-50納米之間。

(圖注:剝離納米片的AFM圖像)

此外,作為一種典型的多孔材料,研究者研究了它們的氣體吸附性質。

總體而言,該研究為二維高分子材料的合成提供了一個新穎而簡單的策略,創新性主要體現在三個方面:(1)方法簡單,原料廉價,適合大規模生產;(2)得到的二維材料具有多孔結構,可以大量存儲氣體;(3)通過原料、催化劑比例的調節可以有效調控孔的結構,進而調節其性質。

參考文獻

Wang, S.; Zhang, C.; Shu, Y.; Jiang, S.; Xia, Q.; Chen, L.; Jin, S.; Hussain, I.; Cooper, A. I.; Tan, B., Layered microporous polymers by solvent knitting method. Science Advances 2017, DOI: 10.1126/sciadv.1602610


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