1. 研究目的与意义
材料一直是人类赖以生存和发展的物质条件基础。在种类繁多的材料中，多孔有机聚合材料因为其具有优异的性能而受到了当今社会的广泛关注，吸引着科学家们对其进行更加深入的探讨研究。
多孔有机聚合材料(porous organic polymers, pops)是由 c, h, o, n, b等轻质元素组成的一类具有较大比表面积和大量孔结构的新型多孔材料。 根据结构特点的不同, 主要可分为自具微孔聚合物(polymers of intrinsic microporosity, pims)、超交联聚合物(hypercross-linked polymers, hcps)、共轭微孔聚合物(conjugated microporous polymers, cmps)和共价有机骨架聚合物(covalent organic frameworks, cofs)。由于多孔有机聚合物骨架大多数具有稳定的微孔或介孔结构、较大的比表面积,使其具有孔径可控、骨架密度低、良好的化学物理性、可修饰性以及制备方法多样性等特点,从而在气体分离、气体存储、光电器件、多相催化以及化学/生物传感等方面展现出了重要的应用价值。
近年来,多孔有机聚合物已经被应用于气体存储、多相催化和有机光电等领域,并且有望在许多方面取代传统的无机多孔材料。比如说应用于co2的捕集与吸附。随着人类工业文明的进步与发展，化石燃料的过量使用导致了大量温室气体的产生，造成了一系列如全球变暖等全球性的环境问题，同时，若能加以利用，co2也是一种工业原料，有着很高的工业价值，因此co2的捕集、利用和封存被视为减少co2排放、改善气候的技术途径之一，引起了越来越多的关注。大多数固体材料对co2的吸附为物理吸附，与co2的作用能相对比较低，新型吸附剂开发研究的重点在于提高吸附容量和吸附选择性，主要从提高比表面积和增强吸附材料与co2的相互作用两方面进行。而多孔有机聚合物因为具有结构可调控性、高的比表面积和孔容以及优异的热、化学稳定性，已逐渐发展成为一种新型的、极具潜力的co2捕集材料。通过对构建模块结构的优化、比表面积和孔径尺寸的调整以及功能化基团的引入，均可以实现多孔有机材料的co2捕集分离能力的提高并满足工业co2分离的要求。此外，多孔有机聚合物吸附剂应用于水处理能有效去除油类物质及有机溶剂，有机染料，重金属离子，放射性物质和其它有机污染物，如芳香类有机化合物、表面活性剂以及农药等。这种材料对水中污染物的吸附行为会受到材料表面积、孔径、孔容、官能团的种类与密度、水质ph值以及共存离子等多种因素的影响。多孔有机聚合物吸附剂应用于水处理有以下几个优势：(1)开放的孔结构、可控的孔径尺寸；(2)良好的物理和化学稳定性；(3)有机砌块的多样性；(4)可经官能团修饰或合成条件控制等手段获得不同的结构和功能。其中，氮配位功能基团修饰的多孔有机聚合物材料有着良好的应用前景。比如，含氮原子的分子对金属离子都有较好的亲和性，因此富氮的多孔聚合物材料对水中金属离子都有很好的吸附能力。人们设计并合成一些诸如mannich碱、schiff碱和三聚氰胺等含氮的单体分子或结构单元，来构筑多孔有机聚合物材料。此类材料由于具有氮配位基团不仅可以作为去除重金属离子的高效吸附剂，还可以作为金属的载体，用作新型高效异相催化剂。
2. 研究内容和预期目标
主要研究内容： 本课题拟合成一种或几种含氮配位功能基团的有机分子基块，并进行表征，然后通过分子基块之间的聚合反应探索并合成一种或几种含氮配位功能基团的多孔有机聚合物材料，并对聚合物材料进行初步表征。
预期目标：合成一些含氮的功能性多孔有机聚合物。不用Pd，Ni等贵金属材料作为发应催化剂，使用简单的反应流程，在较为温和的反应条件下制备出含氮的多孔有机聚合物。
3. 研究的方法与步骤
1.将两种单体通过亲核取代反应聚合形成多孔有机聚合材料，接着尝试通过修改一些反应条件，找到最为合适的反应条件，使多孔有机聚合物合成产率提高。
2.合成一种或几种含氮配位功能基团的有机分子基块，并通过改变调整实验条件，优化实验步骤，找到最佳反应条件，使有机分子基块的产率提高，再通过红外光谱，核磁共振等对其进行表征。
3.将上述合成的有机分子基块和桥连单体（比如三聚氯氰）进行聚合合成多孔有机聚合材料，同样可通过改变实验条件得到高产率的最佳反应条件，并通过红外光谱，bet等对其进行初步表征。
4. 参考文献
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[3] wu d, xu f, sun b, et al. design and preparation of porous polymers[j]. chemical reviews, 2012, 112(7): 3959
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5. 计划与进度安排
(1)2022-12-19～2022-01-13:查阅文献资料，了解课题背景。
(2) 2022-02-20～2022-03-10: 制定实验方案，完成开题报告。
(3) 2022-03-11～2022-04-14: 掌握基本实验操作并开始实验，合成含氮分子单体，优化反应条件并进行表征，尝试以无金属催化的方法制备多孔有机聚合物。
