多孔有機聚合物材料的設計合成一直是炙手可熱的研究課題,隨著這一領域研究的不斷深入,設計開發新型功能性的構筑基元逐漸成為了解決目前多孔有機聚合物材料創新發展的關鍵因素。超分子大環主體化合物憑借其獨特的主客體化學性質、簡便易行的功能化方法以及可調節的拓撲構型,為多種晶態和無定形態多孔有機聚合物材料的構筑提供了新的啟示和突破口。相關的功能體系在分離、傳感、催化等前沿應用研究中表現出優異的性能,有望推動新型智能聚合物材料領域的進一步發展。
近日,吉林大學化學學院楊英威教授課題組在《Advanced Materials》期刊上發表了題為“Macrocycle-based porous organic polymers for separation, sensing, and catalysis”的綜述文章,該工作中系統介紹了利用多種具有不同物理化學性質的大環分子構建多孔有機聚合物網絡的策略,并從主客體相互作用的開啟和基于刺激響應機制的大環構型構象轉變兩個角度論述了這一新興材料的結構特點和性質功能。最后,作者充分論述了這類材料在選擇性吸附分離、水污染治理、光學傳感檢測和非均相催化等諸多領域中的應用前景,并對該領域的優勢和挑戰進行了系統論述,同時對該領域未來的發展方向進行了展望。
圖1.基于超分子大環的多孔有機聚合物體系
圖2.幾種可作為多孔有機聚合物構筑基元的平面型和非平面型大環分子
圖3.(a-c)幾種基于環糊精的多孔有機聚合物;(d)兩種可與環糊精聚合的交聯劑分子
圖4.(a)基于杯芳烴的陽離子型共價有機聚合物的合成策略;(b)利用杯芳烴構建具有不同形貌和拓撲結構的共價有機框架的兩種策略
圖5.(a)利用傅克反應構建基于冠醚的多孔有機聚合物;(b)利用親核芳香取代構筑基于間苯二酚杯芳烴的多孔有機聚合物
圖6.(a)利用機械化學合成法構筑基于柱芳烴的具有多級孔結構的多孔有機聚合物用于碘甲烷的高效捕獲;(b)乙基柱芳烴和碘甲烷絡合物的單晶結構
圖7.(a)界面法合成脂基連接的環糊精多孔有機聚合物膜;(b-d)構建環糊精多孔膜,用于對不同分子量染料分子的選擇性篩分及篩分機理示意圖
圖8.幾種基于環三藜蘆烯的多孔有機聚合物結構
圖9.利用克腦文格縮合反應制備基于冠醚的手性共價有機框架
圖10.幾種基于柱芳烴的多孔有機聚合物用于異相催化和手性催化(a)柱芳烴、卟啉雙環交替連接的多孔有機聚合物;(b)基于柱五醌的多孔有機聚合物用于金屬鈀的負載;(c)基于柱芳烴的手性多孔有機聚合物的構筑策略
該綜述近期發表在Advanced Materials期刊上,論文第一作者為吉林大學博士研究生李政,通訊作者為吉林大學楊英威教授。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107401
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