近年來，用于吸附及轉(zhuǎn)化二氧化碳的具有微孔結(jié)構(gòu)的微孔共軛聚合物（CMPs）、金屬有機(jī)框架聚合物（MOFs）和共價有機(jī)框架聚合物（COFs）的設(shè)計及合成成為熱點。與COFs和MOFs相比，微孔共軛聚合物因具有物理和化學(xué)穩(wěn)定性高、易于合成、比表面積大、微孔率高等優(yōu)點而備受矚目。此外，微孔共軛聚合物因其獨特的延展π共軛結(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用于電子器件中。
最近，Buchwald-Hartwig（B-H）耦合反應(yīng)被用于微孔共軛聚合物的設(shè)計和合成中。其通過鈀催化芳基胺與芳基鹵化物的交叉耦合，在聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成大量的C-N鍵，從而賦予材料具有更多的功能特性。因此，這種耦合方法提供了一種制備富氮且具有氧化還原活性的微孔共軛聚苯胺的簡單途徑。然而與通過其他耦合反應(yīng)合成的微孔共軛聚合物相比，通過B-H偶合反應(yīng)合成的微孔共軛聚合物的一個顯著缺點是該類聚合物的比表面積不高（約50m2/g）。
針對這一關(guān)鍵問題，西安交大能動學(xué)院環(huán)境工程系陳杰博士及其導(dǎo)師延衛(wèi)教授與英國布里斯托大學(xué)化學(xué)系Charl FJ Faul教授合作，創(chuàng)新性地提出一種針對B-H反應(yīng)所合成的微孔共軛聚合物的比表面積增大和調(diào)控方法。利用一系列具有不同陰離子尺寸和陽離子尺寸的鹽對合成溶劑的Hansen溶解度常數(shù)進(jìn)行調(diào)控而使之與聚合物的溶解度常數(shù)匹配，簡單、可控地將微孔共軛聚苯胺（PTPA）的比表面積從58m2/g提高到了1152m2/g。同時制備的聚合物的孔徑分布由調(diào)控前的不均勻分布變?yōu)檎{(diào)控后集中于微孔區(qū)域，從而使之具有與COFs和MOFs類似的規(guī)則微孔孔徑分布特征，所合成材料對CO2的吸附量也從0.70mmol/g提高到了3.60mmol/g。據(jù)此，該研究不僅突破了B-H耦合法制備微孔共軛聚合物低比表面積的瓶頸，同時還提出了無機(jī)鹽是制備具有微孔性質(zhì)的微孔共軛聚合物的必要條件的重要結(jié)論，對未來微孔共軛聚合物的設(shè)計合成具有指導(dǎo)意義。
該研究工作以《微孔共軛聚合物比表面積、孔徑和功能的調(diào)控》（Tuneable Surface Area, Porosity and Function in Conjugated Microporous Polymers）為題，在國際頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上發(fā)表，陳杰博士為本論文的第一作者，西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院環(huán)境工程系為第一署名單位。
該研究工作得到了國家留學(xué)基金委的資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905488
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