《基於分子設計的有機矽微孔材料的製備及其性能研究》是依託濟南大學，由馬慶宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於分子設計的有機矽微孔材料的製備及其性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬慶宇
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微孔材料具有分子尺寸級別的開放孔道和極高的比表面積，在氣體儲存分離、催化、有機電致發光器件等領域得到廣泛套用。與碳核微孔材料相比，矽核微孔材料在結構上有典型的優勢，如易合成、比表面積高等。但是，目前對於有機矽微孔材料的研究處於起步階段，其可控合成、結構與性能之間的關係等方面研究仍具有很大的挑戰。 本課題擬發展如炔基-疊氮點擊反應等新型高效合成方法製備有機矽微孔材料；研究有機矽微孔材料微孔形成機制及孔徑調控的機制與方式；研究前體分子結構（分子尺寸和官能團）以及溶劑、溫度等不同條件對材料孔徑結構、性能的影響，實現有機矽微孔材料在合成上和性能上的雙重可控；製備一系列性能優良的有機矽微孔材料，並進行氣體儲存分離等套用研究；首次將矽雜環戊二烯類衍生物引入到微孔骨架中，以期製備具有光學活性的微孔材料；選擇性引入炔基等活性基團會給此類材料帶來新的研究興趣點，這些工作必定拓展有機矽材料的套用領域。
結題摘要
有機矽微孔材料在氣體儲存、氣體分離、催化等領域具有廣泛的套用前景。但是，目前對有機矽微孔材料的研究尚處於起步階段，對其可控制備、性能調控等方面尚不清晰。本項目以四面體矽烷作為有機矽單體，選擇螺二芴、吡啶、二茂鐵等芳香化合物作為第二單體，通過有機聚合反應製備了二十餘種有機矽微孔（或多孔）材料，在對材料結構表征和性能分析的基礎上，通過改變單體結構（包括構型、尺寸及反應位點等）和後功能化實現材料多孔性能的調控，並對調控機理進行了初步歸納探索，最後材料套用研究發現它們有望用於二氧化碳、氫氣等氣體儲存分離、離子交換等領域。 工作主要集中在以下四個方面。一是將四面體矽單元與螺二芴單元優勢相結合，製備了兩種螺二芴基有機矽多孔聚合物，所得材料具有高的熱穩定性和多孔性能，比表面積最高達到983 m2 g-1，並且具有良好的CO2吸附性能（1.92 mmol g-1，273 K/1.03 bar）和吸附選擇性（CO2/N2：11.8；CO2/O2：4.8；CO2/CH4：13.0），表明它們有望作為吸附材料用於儲存和捕獲CO2。二是吡啶基有機矽微孔材料，材料的多孔性能隨著改變單體而變化，從幾乎無孔到較高的多孔性能（SBET最高410 m2 g-1），該變化是由於矽烷構型和吡啶單體的反應活性差異造成的，並且材料具有良好的CO2吸附和螢光性能；三是二茂鐵基有機矽微孔材料，材料具有高的熱穩定性，發現四面體矽單元的構型和單體的反應活性是影響多孔性能的重要因素，SBET從538到954 m2 g-1，並且材料具有好的CO2吸附性能（FPOP-2，2.35 mmol g-1，273 K/1.0 bar）和H2吸附性能（5 mmol g-1/77K），表明二茂鐵的引入有利於CO2和H2儲存。四是有機矽微孔材料的後功能化，利用芴酮與有機胺反應得到氨基功能化的材料，其CO2吸附性能顯著提高，利用吡啶與碘甲烷反應得到離子型多孔材料，具有離子交換性能。 通過本項目的實施，不僅製備了多種具有廣泛套用前景的新型有機矽微孔材料，並通過多孔性能的調控初步揭示了單體結構與多孔性能的內在關係，歸納了影響多孔性能的主要規律，為設計製備同類多孔材料和新型有機矽材料提供了重要的理論參考價值，具有重要的科學意義。在本項目的資助下，發表SCI論文16篇，完成了項目任務書目標。
