甲磺酸介导的共轭多孔聚合物网络的无溶剂合成制造技术

本公开涉及多孔聚合物网络的合成和这些材料的应用。

Solvent free synthesis of conjugated porous polymer networks mediated by methanesulfonic acid

The present disclosure relates to the synthesis of porous polymer networks and the application of these materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】甲磺酸介导的共轭多孔聚合物网络的无溶剂合成相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月10日提交的美国临时专利申请编号62/444,479的权益，其通过引用并入本文。专利
本公开涉及多孔聚合物网络的合成和这些材料的应用。专利技术背景多孔聚合物网络(PPN)的大规模生产和应用面临两个主要挑战：一方面，PPNs合成的常用反应对大气敏感，并且通常需要昂贵的金属催化剂/试剂，从而增加了潜在的大规模生产的不希望的风险和成本。另一方面，PPN的交联性质阻止了将这些不溶性材料可行地加工成与许多实际应用相关的形式。例如，将PPN加工成膜和薄膜对于它们在气体/溶液超滤[1,2]或高灵敏度电传感器[3-5]中的应用至关重要。因此，迫切需要用于PPN的成本有效的合成方法，其允许材料的规模生产和可行的溶液处理。专利技术概述本公开涉及多孔聚合物网络的合成和这些材料的应用。所描述的本专利技术的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。在以下描述中，叙述了许多具体细节以提供对本专利技术实施方案的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践本专利技术。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免模糊本专利技术的各方面。本专利技术的其他目的、优势和新颖特征以及进一步的适用范围将部分地在下面的详细描述中结合附图阐述，并且在审查以下内容时部分地对于本领域技术人员而言将变得显而易见，或者可以通过实践本专利技术来学习。借助于所附权利要求中特别指出的手段和组合，可以实现和获得本专利技术的目的和优势。在一个实施方案中，本专利技术涉及制备多孔聚合物网络的方法，其包括:(a)提供:(i)包含至少一个乙酰基的多种化合物，所述多种化合物包含至少一种化合物类型和(ii)烷基磺酸，和(b)在反应发生的条件下处理所述化合物以生成多孔聚合物网络。在一个实施方案中，所述烷基磺酸是甲磺酸。在一个实施方案中，所述烷基磺酸选自甲磺酸3-羟基丙-1-磺酸、乙磺酸、十二烷-1-磺酸、三氟甲磺酸。在一个实施方案中，所述方法缺乏毒性酸。在一个实施方案中，所述反应不涉及毒性酸或在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述方法不使用毒性酸或在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述方法缺乏在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述反应在露天条件下进行。在一个实施方案中，其中所述方法还提供了在反应后嵌入(包围、包封、植入、放置、固定、容纳、扎根等)多孔聚合物网络内的另外的要素。在一个实施方案中，所述另外的要素包括纳米管。在一个实施方案中，另外的要素选自:碳纳米管、金属纳米线、树枝状金属微/纳米颗粒、碳纳米纤维、氧化还原活性金属氧化物纳米微粒(如MnO2)、石墨烯、氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯。在一个实施方案中，所述方法包括但不限于多于一种包含至少一个乙酰基的化合物类型。在一个实施方案中，所述方法包括仅一种包含至少一个乙酰基的化合物类型。在一个实施方案中，所述多孔聚合物网络包括共轭多孔聚合物网络。在一个实施方案中，所述反应包括羟醛三缩合。在一个实施方案中，所述化合物类型是苯乙酮。在一个实施方案中，所述化合物类型选自:在一个实施方案中，所述化合物类型选自:(其中n＝0至5)在一个实施方案中，所制备的所述多孔聚合物网络的比表面积大于1000m2/g，孔体积为0.40cm3/g。在一个实施方案中，所述包含至少一个乙酰基的化合物和所述酸是均相溶液。在一个实施方案中，所述条件包括加热。在一个实施方案中，所述化合物和酸在40-110℃的温度范围内反应。在一个实施方案中，所述加热包括加热至第一温度以产生均相溶液，随后加热至第二温度以驱动所述反应。在一个实施方案中，所述方法还包括步骤(c)，其中所述酸被碱水溶液中和。在一个实施方案中，所述方法还包括步骤(d)，其中将所述多孔聚合物网络用有机溶剂萃取。在一个实施方案中，所述方法还包括步骤(e)，其中将所述多孔聚合物网络经快速柱色谱纯化。在一个实施方案中，本专利技术涉及制备多孔聚合物网络的方法，其包括:(a)提供:(i)第一反应物，其包括包含至少一个乙酰基的多种化合物，所述多种化合物包含至少一种化合物类型，和(ii)包含烷基磺酸的第二反应物，和(b)生成所述反应物的溶液，(c)以一种形式流延(cast)所述溶液，和(d)在条件下处理所述溶液以产生多孔聚合物网络。在一个实施方案中，步骤(c)的流延包括:i)将所述溶液的一部分沉积在所述第一玻璃基材上，和ii)将所述第二玻璃基材施加在所述第一玻璃基材上，使得溶液处于所述基材之间。在一个实施方案中，步骤(d)的处理包括:i)在条件下加热所述基材以产生多孔聚合物网络膜。在一个实施方案中，所述烷基磺酸选自甲磺酸3-羟基丙-1-磺酸、乙磺酸、十二烷-1-磺酸、三氟甲磺酸。在一个实施方案中，所述烷基磺酸是甲磺酸。在一个实施方案中，所述方法缺乏毒性酸。在一个实施方案中，所述方法缺乏在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述反应不涉及毒性酸或在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述方法不使用毒性酸或在高温下分解的酸。在一个实施方案中，所述方法还提供所述形式内的另外的要素，其在反应后嵌入(包围、包封、植入、放置、固定、容纳、扎根等)多孔聚合物网络内。在一个实施方案中，所述另外的要素包括碳纳米管、碳纳米纤维、CdS、CdSe、MoS2、银或金纳米线(这些复合材料允许更高的机械强度、光学活性或电导率，使其应用于超滤膜、光学传感器或电化学超级电容器)。在一个实施方案中，另外的要素选自:碳纳米管、金属纳米线、树枝状金属微/纳米颗粒、碳纳米纤维、氧化还原活性金属氧化物纳米微粒(如MnO2)、石墨烯、氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯。在一个实施方案中，所述方法包括多于一种包含至少一个乙酰基的化合物类型。在一个实施方案中，所述方法包括仅一种包含至少一个乙酰基的化合物类型。在一个实施方案中，所述多孔聚合物网络包括共轭多孔聚合物网络。在一个实施方案中，所述反应包括羟醛三缩合。在一个实施方案中，所述化合物类型是苯乙酮。在一个实施方案中，所述化合物类型选自:在一个实施方案中，所述化合物类型选自:(其中n＝0至5)在一个实施方案中，生成的所述多孔聚合物网络的比表面积大于1000m2/g，孔体积为0.40cm3/g。在一个实施方案中，在步骤b)产生溶液包括生成至少一种包含至少一个乙酰基的化合物类型和甲磺酸的均相溶液。在一个实施方案中，所述步骤d)的条件包括加热。在一个实施方案中，所述化合物和酸在40-110℃的温度范围内反应。在一个实施方案中，所述加热包括加热至第一温度以产生均相溶液，随后加热至第二温度以驱动所述反应。在一个实施方案中，所述方法还包括步骤(e)，其中所述酸被碱水溶液中和。在一个实施方案中，所述反应在露天条件下进行。在一个实施方案中，生成的所述多孔聚合物网络具有选自以下的基本结构：在一个实施方案中，所述多孔聚合物网络包括吸收金属的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备多孔聚合物网络的方法，其包括:/n(a)提供:/n(i)包含至少一个乙酰基的多种化合物，所述多种化合物包含至少一种化合物类型，和/n(ii)烷基磺酸，和/n(b)在反应发生的条件下处理所述化合物以生成多孔聚合物网络。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170110 US 62/444,4791.制备多孔聚合物网络的方法，其包括:
(a)提供:
(i)包含至少一个乙酰基的多种化合物，所述多种化合物包含至少一种化合物类型，和
(ii)烷基磺酸，和
(b)在反应发生的条件下处理所述化合物以生成多孔聚合物网络。


2.权利要求1的方法，其中所述烷基磺酸是甲磺酸。


3.权利要求1的方法，其中所述方法缺乏毒性酸。


4.权利要求1的方法，其中所述方法缺乏在高温下分解的酸。


5.权利要求1的方法，其中所述反应在露天条件下进行。


6.权利要求1的方法，其中所述方法还提供在反应后嵌入多孔聚合物网络内的另外的要素。


7.权利要求6的方法，其中所述另外的要素包括纳米管。


8.权利要求1的方法，其中所述方法包括多于一种化合物类型。


9.权利要求1的方法，其中所述方法包括仅一种包含至少一个乙酰基的化合物类型。


10.权利要求1的方法，其中所述多孔聚合物网络包括共轭多孔聚合物网络。


11.权利要求1的方法，其中所述反应包括羟醛三缩合。


12.权利要求1的方法，其中所述化合物类型是苯乙酮。


13.权利要求1的方法，其中所述化合物类型选自:





14.权利要求1的方法，其中所述化合物类型选自:








15.权利要求1的方法，其中生成的所述多孔聚合物网络的比表面积大于1000m2/g，孔体积为0.40cm3/g。


16.权利要求1的方法，其中所述包含至少一个乙酰基的化合物和所述酸在步骤b)中或之前在均相溶液中。


17.权利要求1的方法，其中所述条件包括加热。


18.权利要求17的方法，其中所述化合物和酸在40-110℃的温度范围内反应。


19.权利要求17的方法，其中所述加热包括加热至第一温度以产生均相溶液，随后加热至第二温度以驱动所述反应。


20.权利要求1的方法，其中所述方法还包括步骤(c)，其中所述酸被碱水溶液中和。


21.权利要求20的方法，其中所述方法还包括步骤(d)，其中将所述多孔聚合物网络用有机溶剂萃取。


22.权利要求21的方法，其中所述方法还包括步骤(e)，其中将所述多孔聚合物网络经快速柱色谱纯化。


23.制备多孔聚合物网络的方法，其包括:
(a)提供:
(i)第一反应物，其包括包含至少一个乙酰基的多种化合物，所述多种化合物包含至少一种化合物类型，和
(ii)包含烷基磺酸的第二反应物，和
(b)生成所述反应物的溶液，
(c)以一种形式流延所述溶液，和
(d)在条件下处理所述溶液以产生多孔聚合物网络。


24.权利要求23的方法，其中步骤(c)的流延包括:
i)将所述溶液的一部分沉积在第一玻璃基材上，和

【专利技术属性】
技术研发人员：方磊，郭子豪，王晨旭，张强，周宏才，
申请(专利权)人：得克萨斯州AM大学系统，
类型：发明
国别省市：美国;US