高效吸附和分離對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都具有重要意義。超分子聚合物將超分子化學(xué)與聚合物科學(xué)完美結(jié)合,是在分子水平構(gòu)建智能吸附材料的潛在優(yōu)選材料。與傳統(tǒng)聚合物不同,超分子聚合物能夠通過(guò)氫鍵、金屬配位、π???π堆疊、靜電和主客體相互作用等非共價(jià)相互作用連接,不僅具有高分子材料的穩(wěn)定性好、毒性低等優(yōu)點(diǎn),而且具有超分子特有的選擇性高、刺激響應(yīng)靈敏和可循環(huán)利用等性質(zhì),因此,在諸多領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái),大環(huán)的設(shè)計(jì)與合成推動(dòng)了超分子化學(xué)和高分子科學(xué)的快速發(fā)展,其中,柱芳烴作為新一代大環(huán)化合物,是開(kāi)發(fā)性能和功能增強(qiáng)的超分子聚合物材料的重要組分,有望推動(dòng)新型智能聚合物材料領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。
圖1. 基于柱芳烴的超分子聚合物在吸附分離中的應(yīng)用
圖2. 線(xiàn)性PSPs材料的構(gòu)筑及其在吸附中的應(yīng)用
圖3. PSPs凝膠的構(gòu)筑及其在金屬離子吸附中的應(yīng)用
圖4. PSPs薄膜的構(gòu)筑及其在吸附分離中的應(yīng)用
圖5. 無(wú)定型態(tài)PSPs材料用于檢測(cè)和去除水中Hg離子
圖6. 基于柱芳烴的SOFs材料在吸附分離中的應(yīng)用
圖7. 基于柱芳烴的雜化超分子聚合物在吸附分離中的應(yīng)用
圖8. 基于拓展柱芳烴的超分子聚合物在吸附分離中的應(yīng)用
柱芳烴在構(gòu)筑超分子聚合物吸附劑方面的優(yōu)勢(shì)主要包括:(1)具有獨(dú)特的分子識(shí)別特性,可以通過(guò)多種非共價(jià)相互作用為水、有機(jī)溶液和蒸汽中的各種目標(biāo)客體分子提供豐富的活性錨定位點(diǎn)。(2)具有可調(diào)的空腔和易修飾的位點(diǎn),便于調(diào)控PSPs材料的骨架結(jié)構(gòu)、孔隙度、表面化學(xué)、溶解度和光學(xué)性質(zhì)等理化特性,為滲透物質(zhì)的傳輸和吸附提供了更靈活、更易于接近的聚合物基質(zhì)。(3)非共價(jià)相互作用的動(dòng)態(tài)性和可逆性可賦予PSPs材料優(yōu)異的刺激響應(yīng)性和可回收性。
PSPs材料在吸附分離應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與展望:(1)多數(shù)已報(bào)道的PSPs材料都是基于柱芳烴的,應(yīng)致力于設(shè)計(jì)和合成具有更多骨架和官能團(tuán)種類(lèi)的拓展大環(huán)分子,充分開(kāi)發(fā)PSPs材料的性能和應(yīng)用。(2)多數(shù)已報(bào)道的PSPs材料由于結(jié)構(gòu)周期性差而存在孔隙尺寸不均勻、比表面積有限、連通性不佳等問(wèn)題,應(yīng)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)明確、孔洞有序的PSPs材料,并深入研究其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。(3)目前將PSPs用于構(gòu)建二維薄膜吸附材料的報(bào)道尚不多見(jiàn),且遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)相關(guān)操作條件下的機(jī)械強(qiáng)度和大規(guī)模制備的要求,應(yīng)大力開(kāi)發(fā)具有快速吸附、高穩(wěn)定性、易再塑性、良好的機(jī)械強(qiáng)度和熱性能等的多功能雜化超分子聚合物材料。(4)目前利用PSPs進(jìn)行手性吸附和分離的研究尚處于起步階段,應(yīng)充分利用柱芳烴的本征平面手性,開(kāi)發(fā)具有高效手性識(shí)別和分離功能的新型超分子聚合物材料。
原文鏈接:
Zhuo-Qin Wang, Xin Wang,* and Ying-Wei Yang*, Pillararene-Based Supramolecular Polymers for Adsorption and Separation. Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202301721.
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