Angew. Chem. Int. Ed. 中科院化學所合成一種介孔聚合物，可用于二氧化碳的捕獲與轉化

【引言】

二氧化碳的排放被認為是加劇溫室效應的主要因素。在全球氣候變暖的趨勢下，如何將溫室氣體二氧化碳進行捕獲并轉化？這個問題的解決具有廣泛而深遠的重大意義，這也正是廣大科學家們努力實現的夢想。隨著近年來一系列相關科研成果的誕生，該夢想已經越來越接近現實。

近日，中國科學院化學研究所和中國科學院大學的研究人員合成了一種層級介孔鄰羥基偶氮苯聚合物，可用于二氧化碳的捕獲與轉化。該成果于7月15日在線發表于Angew. Chem. Int. Ed.期刊上，并被選為當期封面。

【成果簡介】

由于有機反應的多樣性，多孔有機聚合物（POPs）可廣泛用于吸附、分離、催化、光捕捉、電能儲存和傳感器等領域，且近年來得到了迅速發展。盡管POPs在光捕捉、能量存儲和傳感器等領域表現不俗，但對POPs的研究仍主要集中在氣體選擇性吸附和非均相催化方面。由于二氧化碳的排放被認為是加劇溫室效應的主要因素，將POPs用于CO2的捕獲與轉化得到了廣泛的研究。

然而，目前在大多數情況下，該類聚合物的合成都需要在高溫條件下使用貴金屬催化劑，并且合成過程會對環境造成危害。迫于有機單體的溶解性局限，POPs的合成一般在有機溶劑中進行，很少有在水溶液中進行的，并且普遍要使用模板骨架。

中國科學院化學研究所和中國科學院大學的劉志敏（通訊作者）課題組在水溶液中不借助模板合成了具有大表面積的鄰羥基偶氮苯多孔有機聚合物（HAzo-POPs）。合成的POPs在極性和非極性溶劑中都具有優異的溶解性，對金屬離子有良好的吸附能力，對CO2/N2有非常高的選擇性分離能力，同時具有優異的CO2催化轉化性能。此外，該聚合物絡合銅離子可高效催化乙醇的氧化反應。這些POPs由于其獨特的結構和功能，在諸如光催化等領域有著廣泛的應用前景。

【圖文導讀】

流程圖1：鄰羥基偶氮苯多孔有機聚合物（HAzo-POPs）的合成過程

用重氮鹽和多羥基苯進行重氮化耦合反應合成HAzo-POPs；
紅色為極性區域；黑色為非極性區域。

圖1：HAzo-POP-1樣品的電鏡表征

（a）SEM照片；（b）TEM照片；（c）HR-TEM照片。

圖2：HAzo-POPs樣品的光吸收性能、CO2/N2分離選擇性表征

（a）HAzo-POPs的固態紫外/可見光光譜；
（b）77K時N2的吸附（實心標記）和脫附曲線（空心標記）；
（c）氣孔分布曲線；
（d）273K時CO2（點線）和N2（線）的吸附曲線。

表1：HAzo-POPs樣品的BET比表面積

（a）總表面積；（b）用t-plots方法計算的微孔表面積；（c）介孔表面積；（d）總氣孔體積。

表2：環氧丙烷（1a）和CO2在不同催化劑催化下的羧基環化反應

反應條件：1a（20mmol），TBAB（7.2mol%），100℃，CO2=3MPa，Zn/HAzo-POPs=18mg。

【總結】

該研究工作在水溶液中不借助模板合成了一種全新的鄰羥基偶氮苯POPs。合成的POPs具有很高的比表面積，在一般溶劑中有良好的分散性，對CO2/N2有很高的選擇性，同時具有優異的CO2催化轉化性能，在諸如光催化等領域有著廣闊的應用前景。

劉志敏研究員簡介：

1997年在中國石油大學（北京）獲博士學位；1997年9月至1999年8月在中國科學院化學研究所做博士后研究，出站后留該所工作，晉升為副研究員；2006年12月被聘為中科院化學所研究員，課題組長。現任中國科學院化學研究所膠體、界面與化學熱力學實驗室研究員，中國科學院大學崗位教授，博士生導師。研究方向主要有：1、基于CO2和生物質轉化的綠色納米催化；2、超臨界流體（CO2，水等）、離子液體等綠色溶劑的性質研究；3、基于綠色溶劑的新型催化材料構筑。在國內外主要刊物上共發表SCI論文100余篇，此外合作發表SCI論文100余篇。其中在Adv. Mater、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Fun. Mater. 等影響因子3.0以上期刊上發表論文80多篇，論文被他人引用700余次；申請和獲授權國家發明專利19項；多次在國際學術會議上作邀請報告，任兩種國際期刊的編委。曾獲2011年國家自然科學獎二等（第二完成人）、2007年北京市科學技術獎二等（第二完成人）及國家自然科學基金委杰出青年基金等。（通訊作者信息主要來源于中國科學院化學所網站）

文獻鏈接：Hierarchically Mesoporous o-Hydroxyazobenzene Polymers: Synthesis and Their Applications in CO2 Capture and Conversion (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201602667）

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