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更简单,更高效!华中科大报道二维高分子合成新方法

来源:化学加      2017-04-19
导读:二维高分子是近几年高分子界的新宠,由于与石墨烯分子结构相近而又有着丰富的结构变化,有着与常规高分子相比更优越的性质,自问世之处就得到了极大的关注。如何高效合成二维高分子成为了重要的课题。 近日,来自华中科技大学化学化工学院的谭必恩课题组发展了一种基于“自上而下”策略的二维高分子合成新方法,使用简单的原料与反应条件就可高效得到二维高分子材料。该研究成果发表在Science子刊Science Advances。

本研究使用苯或者联苯类化合物作为单体之一,以不同长度的二卤代烃作为单体之二,这里,二卤代烃是一个多元的角色,既是一种廉价的溶剂,又是稳定的亲电试剂,也是交联剂,利用AlCl3催化下的芳香烃与卤代烃之间发生的Friedel-Crafts反应,成键交联得到二维高分子的本体材料,不同的单体选择与组合会给二维材料产物带来不同的性质变化。

(图注:(A)合成路线;(B)芳香烃种类;(C)得到二维材料的示意图)

这样的策略和近几年如火如荼的二维材料COF的合成非常类似,但是,常规的COF材料往往水热稳定性较差,并且单体设计复杂,本研究提供的路线无疑在这两个方面更胜一筹。得到的二维材料被研究者称为超交联聚合物(HCP)。

研究者对产物结构进行了详细的表征,因为产物不溶,使用固体核磁可以证明产物的结构。甚至可以在反应初期从体系中分离得到二聚体,可以清晰地证明发生了聚合反应。

(图注:产物的固体核磁谱图)

此外,使用电镜可以二维材料产物的层状形貌。

(图注:高分辨率TEM图像)

借助超声辅助溶剂剥离方法,可以得打一些较薄的纳米片,通过AFM可以表征出其厚度在2-50纳米之间。

(图注:剥离纳米片的AFM图像)

此外,作为一种典型的多孔材料,研究者研究了它们的气体吸附性质。

总体而言,该研究为二维高分子材料的合成提供了一个新颖而简单的策略,创新性主要体现在三个方面:(1)方法简单,原料廉价,适合大规模生产;(2)得到的二维材料具有多孔结构,可以大量存储气体;(3)通过原料、催化剂比例的调节可以有效调控孔的结构,进而调节其性质。

参考文献

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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