多孔有机聚合物的合成及其光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

有机多孔聚合物（pops）是一种新型的骨架材料，通常由碳，氢，氧，硼，氮等元素构成，特点是骨架密度较小，质量轻，稳定度高^[1]。有机多孔聚合物的合成方法多种多样，根据最终产品的孔径，结构规整度以及单体的连接方式可以分为共价有机骨架材料（cofs），自聚微孔聚合物（pims），超交联微孔聚合物（hcps）以及共轭微孔聚合物（cmps）。其中cofs主要是通过可逆反应生成的共价键连接，另外几种则是由不可逆反应生成的共价键构筑。共价有机框架通常具有整齐排列的结构单元，形成同一尺寸的孔道结构，通过化学方法可以精准调控比表面积和孔径大小。近年来，化学家又研究出多种孔结构的cofs以及三位结构cofs新材料。基于cofs的特殊结构，cofs材料被广泛用于气体吸附与分离，高分子半导体，质子传导，能量储存以及多相催化等领域^[2]。

光催化技术是一项利用太阳能的新技术。光催化应用主要集中在光催化水解产生氢、光催化降解二氧化碳和光催化有机合成等方面。目前使用的光催化剂大多是均相的、分子的和过渡金属基的催化体系^[3]。传统的光催化材料是以tio₂为代表的无机半导体材料。tio₂这类无机半导体材料虽然经过这么多年的研究有了较大进步，但是依然存在效率不足，难以满足工业和生活需求。这类材料只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光的4% 左右，使得传统无机半导体材料在光催化方面的应用受到了很大的限制，科研人员也因此开始寻找更加高效的光催化材料。

近年来，为了提高光催化活性，多孔材料逐渐吸引了相关领域科研人员的注意，其中主要的研究对象是金属有机框架材料，该材料是一种由金属离子和有机配体形成的多孔材料。得益于金属有机框架材料的高度可设计性，给有机配体负载长波长吸收官能团如一些金属配合物可以达到可见光甚至红外光催化。金属有机框架材料的多孔性也使其相比于无机半导体材料有更多的活性点位，加快光生电荷的转移，减少了电子-空穴的复合，提高了利用效率。在研究思路完成了从无机半导体材料到金属有机框架材料的转变后，科研人员也开始思考有机多孔聚合物在光催化方面的表现。多孔有机聚合物常采用刚性分子作为单体构筑高比表面积的骨架材料且结构容易调整，因此可以选择合适的独特官能团，相关研究也显示多孔有机聚合物是一类优秀的非均相光催化剂^[4]。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1）含特定功能基团（e.g. -cho）的多孔有机聚合物材料设计合成

2）含光敏基团（e.g. 曙红Ｙ、bodipy等）的多孔有机聚合物基催化剂体系的设计合成

3. 研究的方法与步骤

1.含特定功能基团（e.g. -cho）的多孔有机聚合物材料设计合成

本项目拟用2, 3, 6, 7, 10, 11-六羟基三苯（hot）或2, 3, 6, 7, 10, 11-六巯基三苯（htt）和1, 2, 4, 5-四氟对苯二甲醛单体合成含醛基官能团的多孔有机聚合物。

以2, 3, 6, 7, 10, 11-六羟基三苯（hot）与四氟对苯二甲醛单体反应为例，将两者以一定摩尔比例（如2:3）投料，以二甲基乙酰胺（dma）为溶剂，k₂co₃弱碱为添加剂，在氮气保护下加热反应制得。

4. 参考文献

[1] tan l x, tan b.hypercrosslinked porous polymer materials: design, synthesis, andapplications[j]. chemical society reviews, 2017, 46(11): 3322-3356.

[2] 许云峰. 具有光催化活性的共轭微孔聚合物制备及性能研究[d]. 陕西师范大学, 2017.

[3] ayed c, da silva l c, wangd, et al. designing conjugated microporous polymers for visible light-promotedphotocatalytic carbon-carbon double bond cleavage in aqueous medium[j]. journalof materials chemistry a, 2018, 6(44): 22145-22151.

5. 计划与进度安排

1. 2022.3.01~2022.3.14：在查阅相关文献资料的基础上完成开题报告。

2. 2022.3.15~2022.4.5：依次合成phot-cho、phot-dmp、phot-dmp-o等并分别进行分析表征。

4.2022.4.6~2022.4.13：合成最终产物bodipy，进行红外，热重xrd，紫外分光光度计等分析表征。