一、研究背景
納米多孔聚合物及相應碳質材料由於其潛在的應用價值，如用於催化、氣體吸附、藥物輸送，能源轉換及儲存等，在物理、材料和化學等領域的研究興趣日益增加。多孔聚合物的主要優點是其具有潛在的官能團修飾可能性，可以整合到有機聚合物結構中。此外，聚合物熱解碳也可應用於傳感器、超級電容器和離子電池等能源相關領域。尤其是具有中空和獨特形態的多孔聚合物，碳材料，由於其有序的多孔網絡和開放的框架結構，通常表現出更優異的性能。
到目前為止，一種簡單而通用的方法制備具有高表面積、穩定良好的形貌和有序的孔容納米高分子材料仍然是一個重大的挑戰。已經報道的製備納米多孔聚合物方法雖各有不同，但主要使用模板法，其中硬模板法通常需要額外的模板後續處理，而軟模版法需要冗餘複雜的前驅體合成步驟。雖然一些無模板的方法也有報道，但是通常需要激烈的合成條件和多種單體的精心搭配。這無疑表明，新的組裝策略迫切需要引入來製備形貌可控的納米多孔聚合物及碳材料。
二、研究成果
近日，韓國釜山大學Il Kim 教授團隊的在讀博士生宋文良通過巧妙的設計，首次利用路易斯酸鹼組裝策略，採用付克交聯化反應，無模板製備了納米多孔聚合物納米管(HNTs)，中空聚合物納米球(HHNPs) 和聚合物納米片(HNSs)，以及相應的多孔碳材料。該工作以標題“Guided Assembly of Well-Defined Hierarchical Nanoporous Polymers by Lewis Acid-Base Interactions”發表於國際納米權威期刊ACS Nano上，其中宋文良，張宇，Anuraj博士研究生分列第一、第二、第三作者，Il Kim 教授為唯一通訊作者。
本文亮點：
1，利用付克交聯聚合反應，可以一步製備得到多孔聚合物納米管(HNTs)，中空聚合物納米球(HHNPs) 和聚合物納米片(HNSs)，不需要冗餘的前驅體設計及複雜的反應條件。
圖1，納米多孔聚合物製備示意圖。
2.製備的納米聚合物具備良好的化學穩定性，可以通過簡單的磺化，轉變為相應的酸催化劑，在生物質的轉化中表現出良好的催化活性。
3.納米多孔聚合物同時具備良好的熱穩定性，具備較高的產碳率，且可以轉變為相應的碳納米管，碳納米空心球，和碳納米片。為其在電容器，離子電池及傳感器領域的潛在應用奠定了基礎。
圖2. 納米多孔聚合物納米管(HNTs)，中空聚合物納米球(HHNPs) 和聚合物納米片(HNSs)的電鏡表徵。
圖3. 碳納米管(PNTs)，碳納米空心球(PHNPs) 和碳納米片(PNSs)的電鏡表徵。
三、研究小結
在這項研究中，我們提出了一種多才多藝的，路易斯酸鹼相互作用介導的自組裝策略，使其可簡便易行地製備穩定聚合物納米管、中空聚合物納米球、聚合物納米片，以及相應地形態可控的酸性催化劑和碳納米材料。這項工作不僅為具有明確形狀和期望功能的人工納米多孔聚合物的可行性設計提供了機理視角，還演示了納米多孔聚合物和相應的碳質材料如何擴展到各種潛在應用如催化、藥物輸送、吸附、分離、和能量儲存/轉換等。進一步的研究仍在進行中，以探索具有優越形狀的聚合物和碳/金屬混合納米材料的未來用途。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b05727
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