《孔徑可調的微孔/介孔氰酸酯樹脂合成與儲氫性能研究》是依託大連理工大學,由王忠剛擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：孔徑可調的微孔/介孔氰酸酯樹脂合成與儲氫性能研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王忠剛
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無需致孔劑和分子模板，通過聚合反應直接製備微孔/介孔高分子材料是目前高分子材料化學領域的研究熱點。本項目擬採用四面體或三角錐體剛性基元，設計合成系列新型結構全芳香多官能團氰酸酯單體，利用受熱時氰酸酯基團能夠生成穩定三嗪環的反應，在多面體交聯點之間引入第二種剛性三嗪環交聯點來構造微孔/介孔氰酸酯樹脂。採用多種方法清晰表征材料的孔結構參數，結合計算機分子模擬技術，研究多面體的立體構型、剛性連線臂長的連續變化、本體聚合的固化條件、高溫溶液聚合的反應介質、濃度和程式升溫的溫度梯度等因素對氰酸酯樹脂孔徑、孔徑分布、孔隙率和比表面積的影響以及氰酸酯樹脂化學結構和孔參數變化與儲氫性能間的關係。本項目旨在分子水平上系統研究微孔/介孔尺度氰酸酯樹脂孔參數調控的方法和原理，為今後設計合成孔結構可調熱固性高分子儲氫材料提供實驗和理論依據。
結題摘要
本項目按計畫順利進行，圓滿完成研究目標。在本項目經費資助下，已在Chem. Commun., Macromolecules, polym. Chem., Soft Matter, J. Phys. Chem. C等高水平國際學術期刊上發表SCI論文8篇，超出項目申請書中發表學術論文3-5篇的預期目標，而且還有多篇論文將隨後整理髮表；正式授權中國發明專利1項，申請中國發明專利2項。 主要創新性結果如下： (1) 合成了每個臂分別含一個和兩個苯環的四面體結構氰酸酯單體四（4-氰醯苯基）矽烷和四（4-氰醯聯苯基）矽烷。無需致孔劑和模板，經熱聚合反應，直接製備了連線臂長變化的微孔氰酸酯網路，研究了構建單元變化對聚合物孔形貌以及氫氣存儲、二氧化碳捕獲以及蒸汽吸附性能的影響。結果表明，以四（4-氰醯苯基）矽烷單體固化製備的微孔氰酸酯BET比表面積最大可達960 m2 g-1，為目前微孔氰酸酯交聯網路中比表面積最大的；聚合物具有微孔結構，孔徑為0.7-0.8 nm。1 bar和77 K條件下，氫氣吸附量為1.11 wt%。矽原子的引入有利於增加材料對氫氣分子的親和性，導致微孔氰酸酯樹脂的氫氣吸附熱為9.42 KJ mol-1，遠高於目前報導的其它微孔聚合物。 (2) 合成了每個臂含兩個苯環的三角錐結構氰酸酯單體三（4-氰醯聯苯基）胺。將其固化後得到高度交聯的含三角錐構建單元的微孔氰酸酯網路。與四面體構型的氰酸酯樹脂的孔形貌參數以及氫氣、二氧化碳和蒸汽吸附性能進行比較研究，結合計算機模擬技術，系統研究了材料單體結構與孔徑形貌、儲氫性能以及二氧化碳和蒸汽吸附間的關係。 (3) 合成了兩種平面三角型構型的氰酸酯單體1,3,5-三氰醯基苯（TCB）和1,3,5-三（4-氰醯苯基）苯（TCPB）。 在二苯碸溶液中熱環三聚，製備了兩種多孔氰酸酯高度交聯網路Ph-1和Ph-2。其中，長連結臂長的Ph-2網路顯示高比表面積，BET表面積可達630 m2 g-1，孔分布主要集中在0.567 nm微孔區。而Ph-1由於過短的連結臂長造成了氰酸酯基團與二聚單元反應成環的立體障礙，導致形成介孔結構和較低的比表面積。Ph-2在77 K下儲氫量可達1.05 wt%，273 K下儲CO2量可達9.21 wt%，室溫環境的CO2/N2吸附選擇性高達37.8:1。
