● 摘要
现代工业中大量使用煤、石油、天然气等能源，燃烧后产生了大量废气，其中二氧化碳的排放引发了严重后果-温室效应。因此，控制二氧化碳的排放，降低温室效应是当今社会亟需解决的问题，已成为国内外最受瞩目的焦点之一。降低环境中二氧化碳的含量除了控制煤、石油、天然气等能源的使用外，还可通过科学手段吸附二氧化碳，这将会是一种最直接的方法。大量研究结果表明，多孔材料有利于吸收二氧化碳，其中微孔材料的出现更有可能成为捕获二氧化碳的新型材料。微孔材料具有低密度、高比表面积等优点，在气体吸附性能上有很大的潜在应用价值。近几年来，微孔材料的设计与合成被人们所热衷，尤其是在有机微孔聚合物材料方面取得了非常显著的科研成果，在设计有机微孔聚合物的制备过程中，单体的选择非常重要，决定了聚合物的气体吸附性能。
根据分子结构不同可以将有机微孔聚合物大体上分为以下四种：超交联微孔聚合物，自聚微孔聚合物，共价有机框架和共轭微孔聚合物。本硕士论文主要研究了两种有机微孔聚合物：共轭微孔聚合物和超交联微孔聚合物。通过设计合成不同结构的有机单体，采用不同的制备策略合成了一系列具有高比面积和优良气体吸附性能的新型有机微孔聚合物材料。研究工作主要包括以下几个方面：
(1) 设计合成了具有四官能度可聚合单体四溴咔唑和四溴芘，通过Suzuki偶联聚合反应与1,4-苯二硼酸共聚合成了一系列三元共聚共轭微孔聚合物。通过调节四溴咔唑和四溴芘的比例来调节聚合物的结构组成，考察了所用单体比例对制备的三元共聚物孔结构及气体吸附性能的影响 (例如，比表面积、微孔表面积和微孔体积等)，研究了三元共聚物对气体 (CO2、H2和CH4等)的吸附能力。在这个课题研究中，发现了所制备的三元共聚物CP-CMP5(四溴芘含量60 mol%)在制备的所有共聚物中具有最高的比表面积2241 m2/g，在1.13 bar/273 K条件下对二氧化碳的吸附能力高达4.57 mmol/g，比大部分已经报道过的共轭微孔聚合物材料对二氧化碳吸附量高，三元共聚微孔聚合物对以后有机微孔聚合物气体吸附研究有重要意义。
(2) 选择N,N-联咔唑为有机单体，通过傅-克烷基化反应制备出了一系列具有高比表面和高二氧化碳吸附能力的聚合物PBCA1-4。考察了影响制备聚合物比表面积、微孔表面积和微孔体积等孔结构性能的因素，并且研究了聚合物对CO2、H2和CH4等的吸附能力。通过AlCl3催化、无交联剂和氯仿溶剂所制备的PBCA-1具有最高比表面积(899 m2/g)，在1.13 bar/273 K条件下对二氧化碳的吸附量为4.61 mmol/g。该研究表明，通过选择合适的方法能够制备出具有高气体吸附能力的聚合物。
(3) 选择4-醛基三苯胺和苯甲醛分别与吲哚反应合成了两个具有不同空间结构的有机单体，在无水FeCl3催化下利用傅-克烷基化反应制备了超交联微孔聚合物HCP 1-2。实验研究结果表明，制备所需的单体能够对聚合物孔性能造成较大影响，例如，比表面积、微孔表面积和微孔体积等。另外考察了聚合物对气体的吸附性能。在这个课题研究中，制备的聚合物HCP-2具有最大比表面积(1420 m2/g)，在1.13 bar/273 K条件下，得到对二氧化碳吸附量为3.58 mmol/g。根据对本硕士论文三个系列聚合物研究发现，含氮微孔聚合物对二氧化碳具有良好的吸附性能。