多孔有机聚合物、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔有机聚合物、制备方法及其应用。所述的多孔有机聚合物通过以含炔基的溴(1，4

【技术实现步骤摘要】
多孔有机聚合物、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于共价有机框架化合物领域，涉及一种多孔有机聚合物(POPs)、制备方法及其在离子传导中的应用。

技术介绍

[0002]燃料电池能高效地将化学能转化为电能，而且不会排放有毒物质，被认为是最有前途的电池动力技术之一。碱性阴离子交换膜燃料电池(Alkaline anion exchange membrane fuel cell，AEMFC)因其高效的电转化技术和低成本而受到众多学者的关注。AEMFC的化学耐久性成为潜在新能源转换系统最关键的要求。阴离子交换膜(AEM)作为AEMFC中的关键部件，其作用是阻断阳极和阳极之间的燃料和氧化剂，同时输送OH
‑
穿过薄膜，影响AEMFC的长期稳定性。
[0003]AEM通常通过在芳香族或脂肪族聚合物主链中引入阳离子基团来制备，例如季铵、胍鎓、咪唑鎓、吡啶鎓或金属离子。AEMS、COF的模块化特性允许在分子水平上定制晶格，以赋予通道良好的物理微环境。有机建筑单元的多样性允许通道的可裁剪功能化，以提供良好的化学微环境。同时，强大的共价键提供了坚固的支架来承受恶劣的操作条件。因此，在晶体框架内同时操纵通道的物理和化学结构/微环境可以通过COFS膜实现超快阴离子传输。
[0004]多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers，POPs)是一类新兴的高度交联的无定形聚合物，主要由通过强共价键连接的碳、氧、氮和磷组成。POPs可以通过底部成功合成并衍生出各种功能向上的方法。由于其高表面积、永久孔隙率和优异的热稳定性，POPs在气体分离、药物输送、和储能等领域受到了广泛关注。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种多孔有机聚合物。所述的多孔有机聚合物由含炔基的溴中的炔基和乌洛托品中的氮原子连接形成
‑
C
‑
N共价键形成三维结构，其结构式如下：
[0006][0007]本专利技术还提供上述多孔有机聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0008]按含炔基的溴和乌洛托品的摩尔比为2：1，将含炔基的溴和乌洛托品加入由体积比为1:1的均三甲苯和邻二氯苯组成的溶剂中，超声分散，将悬浊液依次进行液氮冷冻、抽真空、脱气处理，再用火焰枪进行封管操作，120
±
5℃下反应3～4天，反应结束后，粗产物依次用二氯甲烷和丙酮浸泡，离心，烘干得到含溴的多孔有机聚合物，然后将含溴的多孔有机聚合物置于氢氧化钠溶液中进行离子交换，得到阴离子转化为含氢氧根的多孔有机聚合物，所述的含炔基的溴为1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯(DT
‑
1)或4,4
’‑
二(溴代乙炔基)
‑
1,1
’‑
联
苯(DT
‑
2)。
[0009]本专利技术所述的1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯的结构式如下：
[0010][0011]本专利技术所述的4,4
’‑
二(溴代乙炔基)
‑
1,1
’‑
联苯的结构式如下：
[0012][0013]本专利技术所述的乌洛托品的结构式如下：
[0014][0015]优选地，液氮冷冻、抽真空、脱气处理的次数至少为3次。
[0016]优选地，离心速度为4800～5000r/min，离心时间为4～5min。
[0017]优选地，离子交换的具体步骤为：将含溴的多孔有机聚合物置于氢氧化钠溶液中，静置48h以上，离心分离，水洗，干燥后得到阴离子转化为含氢氧根的多孔有机聚合物。
[0018]优选地，干燥温度为85℃，干燥时间为12h。
[0019]进一步地，本专利技术提供基于上述多孔有机聚合物的隔膜。
[0020]本专利技术所述的基于多孔有机聚合物的隔膜通过将多孔有机聚合物细粉压制成隔膜，夹在两个连接有导线的金属片上制得。
[0021]更进一步地，本专利技术提供上述基于多孔有机聚合物的隔膜作为阴离子交换膜的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]本专利技术的多孔有机聚合物由炔基碳与四级铵氮键连接合成。本专利技术的多孔有机聚合物具有较小的比表面积，但增大骨架分子长度可以使比表面积显著上升。本专利技术的多孔有机聚合物具有优异的阴离子传导性能，特别是拥有更长骨架的POP
‑2‑
OH，其阴离子传导性能相当出色，在90℃、100％RH条件下的质子传导性能高达0.0115S/cm。
附图说明
[0024]图1为Urotropine、DT
‑
1、POP
‑1‑
Br和POP
‑1‑
Br的FT
‑
IR谱图；
[0025]图2为Urotropine、DT
‑
2、POP
‑2‑
Br和POP
‑2‑
OH的FT
‑
IR谱图；
[0026]图3为Urotropine、DT
‑
1、POP
‑1‑
Br和POP
‑1‑
OH的PXRD谱图；
[0027]图4为Urotropine、DT
‑
2、POP
‑2‑
Br和POP
‑2‑
OH的PXRD谱图；
[0028]图5为POP
‑1‑
Br和POP
‑2‑
Br的BET曲线图；
[0029]图6为POP
‑1‑
OH和POP
‑2‑
OH的BET曲线图；
[0030]图7为POP
‑1‑
OH的Nyquist图；
[0031]图8为POP
‑2‑
OH的Nyquist图；
[0032]图9为POP
‑1‑
OH、POP
‑2‑
OH在不同温度下OH
‑
离子传导率图。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详述。
[0034]本专利技术所述的含炔基的溴可商业购买获得，也可自行制备。
[0035]1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯(DT
‑
1)的合成路线如下：
[0036]具体步骤如下：
[0037]将14.2mmol1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯(S1)溶于60mL丙酮中，加入42.6mmolN
‑
溴代丁二酰亚胺以及3.1mmolAgNO3。反应烧瓶用锡箔纸包裹以隔绝光线，并在室温下搅拌过夜。随后用旋转蒸发仪将生成的混合物旋干，再用硅胶柱色谱分离，用石油醚洗脱，得到产物，为白色或淡黄色粉末1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯(DT
‑
1)。
[0038]4,4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多孔有机聚合物，其特征在于，结构式如下：2.根据权利要求1所述的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按含炔基的溴和乌洛托品的摩尔比为2：1，将含炔基的溴和乌洛托品加入由体积比为1:1的均三甲苯和邻二氯苯组成的溶剂中，超声分散，将悬浊液依次进行液氮冷冻、抽真空、脱气处理，再用火焰枪进行封管操作，120
±
5℃下反应3～4天，反应结束后，粗产物依次用二氯甲烷和丙酮浸泡，离心，烘干得到含溴的多孔有机聚合物，然后将含溴的多孔有机聚合物置于氢氧化钠溶液中进行离子交换，得到阴离子转化为含氢氧根的多孔有机聚合物，所
述的含炔基的溴为1，4
‑
二(溴代乙炔基)苯(DT
‑
1)或4,4
’‑
二(溴代乙炔基)
‑
1,1
’‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：许冰清，柳涛，张根，张家骏，江新珠，许雪凤，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：