北京大学范星河教授课题组：基于可交联氢键型液晶构建的纳米多孔聚合物的垂直取向和选择性吸附研究
2020-07-15 来源：中国聚合物网
基于可交联的氢键型液晶体系构建纳米多孔聚合物具有制备方法相对简单、操作便捷以及相应孔径单一、可调的特点。当选择合适的模板分子时，制备所得的纳米多孔聚合物的孔径可以控制在1 nm左右，有望应用在选择性分离等方面，具有重要的应用前景。
基于上述背景，北京大学化学与分子工程学院范星河教授课题组分别合成了模板分子T3Ph与配体分子L，化学结构式如图1所示。当模板分子和配体分子以1:3的摩尔比进行氢键复合后，可制备得到氢键复合物。将掺杂30 wt%二乙烯基苯(DVB)的氢键复合物进行广角X射线散射测试，在小角区可以观察到散射矢量比为1:√3:2的衍射峰，表明氢键复合物自组装形成了六方柱状相结构。
图1. 模板分子T3Ph与配体分子L的化学结构式
将掺杂DVB后的氢键复合物置于修饰有聚苯乙烯磺酸钠的玻璃片之间进行缓慢降温退火，可以制备得到垂直取向的氢键复合物薄膜。进一步光交联后将聚合物薄膜进行二维中角X射线散射(MAXS)测试(图2)，可以观察到六次对称的衍射点，证明了其具有垂直取向的六方柱状相结构。
图2. 垂直取向的聚合物薄膜的二维MAXS图
将掺杂DVB后的氢键复合物进行光交联，可以制备得到相应的聚合物。进一步将其置于二甲基亚砜溶剂中，可以将模板分子去除，从而制备得到孔径近1 nm的纳米多孔聚合物。光交联后的聚合物以及溶剂刻蚀后的纳米多孔聚合物均维持了六方柱状相结构(图3)。将纳米多孔聚合物经过强碱处理后，可以使孔内部带有负电荷，从而展现出对于带有正电荷的亚甲基蓝(MB)分子的选择性吸附，而对带有负电荷的甲基橙(MO)分子不具有吸附性(图4)。
图3. 氢键复合物、交联后的聚合物、溶剂刻蚀后的纳米多孔聚合物(湿润或干燥)的MAXS图
图4. 纳米多孔聚合物对MB与MO混合溶液吸附前后的UV-Vis图
肖安琪博士研究生是该论文的第一作者，范星河教授和沈志豪副教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(No. 51725301)和国家重点研发计划(No. 2018YFB0703702)的资助。该论文即将发表于Chinese Journal of Polymer Science。原文链接：https://doi.org/10.1007/s10118-020-2431-9
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