基于可交聯(lián)的氫鍵型液晶體系構(gòu)建納米多孔聚合物具有制備方法相對簡單、操作便捷以及相應(yīng)孔徑單一、可調(diào)的特點。當(dāng)選擇合適的模板分子時，制備所得的納米多孔聚合物的孔徑可以控制在1 nm左右，有望應(yīng)用在選擇性分離等方面，具有重要的應(yīng)用前景。
基于上述背景，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院范星河教授課題組分別合成了模板分子T3Ph與配體分子L，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。當(dāng)模板分子和配體分子以1:3的摩爾比進(jìn)行氫鍵復(fù)合后，可制備得到氫鍵復(fù)合物。將摻雜30 wt%二乙烯基苯(DVB)的氫鍵復(fù)合物進(jìn)行廣角X射線散射測試，在小角區(qū)可以觀察到散射矢量比為1:√3:2的衍射峰，表明氫鍵復(fù)合物自組裝形成了六方柱狀相結(jié)構(gòu)。
圖1. 模板分子T3Ph與配體分子L的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
將摻雜DVB后的氫鍵復(fù)合物置于修飾有聚苯乙烯磺酸鈉的玻璃片之間進(jìn)行緩慢降溫退火，可以制備得到垂直取向的氫鍵復(fù)合物薄膜。進(jìn)一步光交聯(lián)后將聚合物薄膜進(jìn)行二維中角X射線散射(MAXS)測試(圖2)，可以觀察到六次對稱的衍射點，證明了其具有垂直取向的六方柱狀相結(jié)構(gòu)。
圖2. 垂直取向的聚合物薄膜的二維MAXS圖
將摻雜DVB后的氫鍵復(fù)合物進(jìn)行光交聯(lián)，可以制備得到相應(yīng)的聚合物。進(jìn)一步將其置于二甲基亞砜溶劑中，可以將模板分子去除，從而制備得到孔徑近1 nm的納米多孔聚合物。光交聯(lián)后的聚合物以及溶劑刻蝕后的納米多孔聚合物均維持了六方柱狀相結(jié)構(gòu)(圖3)。將納米多孔聚合物經(jīng)過強堿處理后，可以使孔內(nèi)部帶有負(fù)電荷，從而展現(xiàn)出對于帶有正電荷的亞甲基藍(lán)(MB)分子的選擇性吸附，而對帶有負(fù)電荷的甲基橙(MO)分子不具有吸附性(圖4)。
圖4. 納米多孔聚合物對MB與MO混合溶液吸附前后的UV-Vis圖
肖安琪博士研究生是該論文的第一作者，范星河教授和沈志豪副教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學(xué)基金(No. 51725301)和國家重點研發(fā)計劃(No. 2018YFB0703702)的資助。該論文即將發(fā)表于Chinese Journal of Polymer Science。原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s10118-020-2431-9
