Angew. Chem. Int. Ed. 中科院化学所合成一种介孔聚合物，可用于二氧化碳的捕获与转化

【引言】

二氧化碳的排放被认为是加剧温室效应的主要因素。在全球气候变暖的趋势下，如何将温室气体二氧化碳进行捕获并转化？这个问题的解决具有广泛而深远的重大意义，这也正是广大科学家们努力实现的梦想。随着近年来一系列相关科研成果的诞生，该梦想已经越来越接近现实。

近日，中国科学院化学研究所和中国科学院大学的研究人员合成了一种层级介孔邻羟基偶氮苯聚合物，可用于二氧化碳的捕获与转化。该成果于7月15日在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.期刊上，并被选为当期封面。

【成果简介】

由于有机反应的多样性，多孔有机聚合物（POPs）可广泛用于吸附、分离、催化、光捕捉、电能储存和传感器等领域，且近年来得到了迅速发展。尽管POPs在光捕捉、能量存储和传感器等领域表现不俗，但对POPs的研究仍主要集中在气体选择性吸附和非均相催化方面。由于二氧化碳的排放被认为是加剧温室效应的主要因素，将POPs用于CO2的捕获与转化得到了广泛的研究。

然而，目前在大多数情况下，该类聚合物的合成都需要在高温条件下使用贵金属催化剂，并且合成过程会对环境造成危害。迫于有机单体的溶解性局限，POPs的合成一般在有机溶剂中进行，很少有在水溶液中进行的，并且普遍要使用模板骨架。

中国科学院化学研究所和中国科学院大学的刘志敏（通讯作者）课题组在水溶液中不借助模板合成了具有大表面积的邻羟基偶氮苯多孔有机聚合物（HAzo-POPs）。合成的POPs在极性和非极性溶剂中都具有优异的溶解性，对金属离子有良好的吸附能力，对CO2/N2有非常高的选择性分离能力，同时具有优异的CO2催化转化性能。此外，该聚合物络合铜离子可高效催化乙醇的氧化反应。这些POPs由于其独特的结构和功能，在诸如光催化等领域有着广泛的应用前景。

【图文导读】

流程图1：邻羟基偶氮苯多孔有机聚合物（HAzo-POPs）的合成过程

用重氮盐和多羟基苯进行重氮化耦合反应合成HAzo-POPs；
红色为极性区域；黑色为非极性区域。

图1：HAzo-POP-1样品的电镜表征

（a）SEM照片；（b）TEM照片；（c）HR-TEM照片。

图2：HAzo-POPs样品的光吸收性能、CO2/N2分离选择性表征

（a）HAzo-POPs的固态紫外/可见光光谱；
（b）77K时N2的吸附（实心标记）和脱附曲线（空心标记）；
（c）气孔分布曲线；
（d）273K时CO2（点线）和N2（线）的吸附曲线。

表1：HAzo-POPs样品的BET比表面积

（a）总表面积；（b）用t-plots方法计算的微孔表面积；（c）介孔表面积；（d）总气孔体积。

表2：环氧丙烷（1a）和CO2在不同催化剂催化下的羧基环化反应

反应条件：1a（20mmol），TBAB（7.2mol%），100℃，CO2=3MPa，Zn/HAzo-POPs=18mg。

【总结】

该研究工作在水溶液中不借助模板合成了一种全新的邻羟基偶氮苯POPs。合成的POPs具有很高的比表面积，在一般溶剂中有良好的分散性，对CO2/N2有很高的选择性，同时具有优异的CO2催化转化性能，在诸如光催化等领域有着广阔的应用前景。

刘志敏研究员简介：

1997年在中国石油大学（北京）获博士学位；1997年9月至1999年8月在中国科学院化学研究所做博士后研究，出站后留该所工作，晋升为副研究员；2006年12月被聘为中科院化学所研究员，课题组长。现任中国科学院化学研究所胶体、界面与化学热力学实验室研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。研究方向主要有：1、基于CO2和生物质转化的绿色纳米催化；2、超临界流体（CO2，水等）、离子液体等绿色溶剂的性质研究；3、基于绿色溶剂的新型催化材料构筑。在国内外主要刊物上共发表SCI论文100余篇，此外合作发表SCI论文100余篇。其中在Adv. Mater、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Fun. Mater. 等影响因子3.0以上期刊上发表论文80多篇，论文被他人引用700余次；申请和获授权国家发明专利19项；多次在国际学术会议上作邀请报告，任两种国际期刊的编委。曾获2011年国家自然科学奖二等（第二完成人）、2007年北京市科学技术奖二等（第二完成人）及国家自然科学基金委杰出青年基金等。（通讯作者信息主要来源于中国科学院化学所网站）

文献链接：Hierarchically Mesoporous o-Hydroxyazobenzene Polymers: Synthesis and Their Applications in CO2 Capture and Conversion(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201602667）

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