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东北师大朱广山Chem. Rev.综述:多孔芳香骨架(PAFs)
发布时间:2020-09-03     作者:harry   分享到:

有多孔性的素材在自燃界中都来源于,其孔道尺寸大小从微观经济标准一致连通至到宏观政策标准。受自燃界这一类素材的灵感,由硅化物或巧妙无机化合物或二者之间通过成型的多孔固态总是的被光催化剂的作用原理到。等多孔固态有连通的骨架框架,很多可应运的内外壁、大的孔喉密度和原子核标准的开启渠道。那么,两者现阶段成在吸收、催化剂的作用和原子核区分的科学课和技术应运等几个方面多方面应运的**素材。

多孔芬芳骨架(PAFs)是一个种我来国科研开发操创作者发觉并排序的多孔固态涂料,包括硬性的骨架机构和超多的外表面积,比较是,二者包括独具特色的用碳碳键连入的芬芳基机构单位。繁多化的能力就要能起取决于其PAFs机构单位的僵板电电学工业工业机械性质,也就要能用已知a的充分反映对芬芳基骨架依据后绘制来来。值得买一提的是,碳-碳键连入原则使PAFs在刻薄的电电学工业工业处里下能提高稳定的。故此,与常用的多孔涂料,如沸石和金属材料充分骨架相对于,PAFs在电电学工业工业和能力上症状出特女性朋友。PAFs的独具特色优点使其用刻薄的电电学工业工业处里依据能力化,并要能受严酷的生态环境来真实广泛应用。

【成效概述】

近期,东北师范大学朱广山教授综述了近年来关于多孔芳香骨架(PAFs)的新研究进展。以“Porous Aromatic Frameworks (PAFs)”发表于Chem. Rev.期刊上。在本文中,作者主要围绕PAFs的合成、功能化和应用进行讨论和综述,围绕近十年来国际上众多课题组关于PAFs的研究工作,对这三个部分作了全面的解释,以阐明这一领域的发展状况。作者还总结了PAFs当前研究中所存在的一些问题,并展望了PAFs的发展趋势。

【微信图文阐释】


1
引言


图一

以三面体结构设计单元式为成分,进行Yamamoto型Ullmann耦合电路反馈制成的多孔香味骨架PAF-1。


图二

多孔固态物体不断发展经历的时序图,主要包括新文件分解中的注重出现 。


图三

PAF理论分析中重要的理论分析方位:PAF设计方案与获得、框架结构用途化还有其选用的关系的。


2
PAFs的设计原理与合成

2.1PAF-1中孔道结构的形成

2.1.1、结构设计

2.1.2PAF-1的合成

图四

起原于金刚石型式(a)的多孔馨香骨架P1(b),P2(c)和P3(d)的型式方案思想方面。

2.2、基于拓扑的PAFs设计

2.3、合成PAF的建筑单元

2.3.1、建筑单元的几何形状

图五

设备构造标段定制工程项目:由四周体设备构造研究的三棱柱设备构造,还有其养成的PAF-100和PAF-101的细缝和預测晶格。


图六

有些有代表英文性的重复使用设备构造模快的大分子,依托于其代数外观类别分为:(a)立方米体,(b,c)三棱柱,(d~f)三面体,(g~i)正方型形,(j~n)角形形。

2.3.2、建筑单元的尺寸效应

2.3.3、框架互穿

图七

类别多孔香熏骨架材质(PPN)的非互穿架构图结构设计图示图。


图八

依据管理搭建摸块的尺寸大小来分离纯化非互穿构架PAFs的对策。

2.3.4PAF设计与合成中的计算模拟

2.4、反应

2.4.1YamamotoUllmann耦合反应

图九

PAFs聚合最常用的(a)Yamamoto型Ullmann偶联和(b)Pd崔化的Sonogashira交叠偶联的**偶联表现左右的原理十分。

2.4.2、其他耦合反应

2.4.3、氰基环三聚

2.4.4、合成PAF的新反应的开发

图十

很多通用的在人工多孔骨架的偶联反馈:(a)Yamamoto型Ullmann偶联,(b)Suzuki-Miyaura重叠性偶联,(c)Sonogashira-Hagihara重叠性偶联,(d)Mizoroki-Heck重叠性偶联,(e)硫化Eglinton偶联,(f)碱介导的偶氮养成,(g)酰亚胺化反馈,(h)亲核所代替反馈,(i)氰基环三聚和(j)哌啶上的亲核所代替反馈。

2.5PAFs的结构分析

2.5.1、困难与挑战

2.5.2、傅立叶变换红外光谱法

2.5.3、核磁共振

2.5.4、热重分析和元素分析

2.5.5、孔隙率测定

3
PAF功能化的一般策略和例子


图十一

PAF效果化的两种几乎营销策略图示图。

3.1、直接合成

图十二

从头开始镶嵌手段制法甲基,甲醇或邻苯二甲酰亚胺官能化的PAFs。

3.2、合成后修饰

图十三

磺酸盐接枝的多孔聚合物网络(PPN-6-SO3H)的合成后修饰程序图。

3.3、后修饰具有预锚定位置的PAF

3.4、电荷型骨架PAFs

图十四

由阴亚铁离子结构的單元随便合并感应起电PAFs。

3.6PAF框架的润湿性和极性

4
PAF应用的新技术

4.1、气体吸附

4.1.1、储氢

图十五                                                                                                              

H2质量容量与相应PAFs表面积的关系。质量容量在48至60 bar的压力范围下测得。


图十六

H2质量容量与相应PAFs表面积的关系。质量容量在在常压下测得。


图十七

H2的吸附热/焓的绝对值与相应PAFs孔径的对应关系。


图十八

Li-PAF-1的合成过程。通过锂化过程,将PAF-1中的芳环(蓝色)还原为活化的H2存储位点(红色)。

4.1.2、甲烷吸附

图十九

二氧化氮/果香族簇在MP2/6-311 G(d, p)总体水平的调整型式表现了二氧化氮氧分子与PAF中各样果香基单无左右的相护功能。


图二十

CH4的吸附与相应PAFs材料及衍生物的表面积的关系。对偏离更佳拟合线**的材料的吸附热进行标记。

4.1.3CO2捕获

图二十一

二氢呋喃功能化的DHF_PAF-1模拟结构。在环境压力和298 K下,DHF_PAF-1在四个模拟的功能性PAFs中表现出更高的CO2吸收能力。


图二十二

经PEI浸渍的PAF-5的孔体积减小,但CO2结合强度提高。底部曲线表示PAF-5(黑色),PEI(10 wt%)⊂PAF-5(绿色),PEI(30 wt%)⊂PAF-5(蓝色)和PEI(40 wt%)⊂PAF-5(红色)的N2吸附等温线(左下)和CO2吸附等温线(右下)。

4.1.4、烃类混合物的吸附分离

图二十三

在PAF-1中引进银位点,确认π络合物意义体现丁二烯/乙烷**破乳。

4.1.5、氨的捕获

图二十四

系统设计结构互穿使用性能实现了的兼具羧基协同工作功能键的PAF相关材料应用在氯气的**活性炭吸附。

4.2、膜分离

图二十五

PAF-1/超窗玻璃态缩聚物混合栽培基质膜的抗陈化性能参数。


图二十六

当使用PIM-1膜和PIM-1/PAF-1混合基质膜分离H2/N2混合物时,渗透物中的H2渗透性和H2浓度会随时间变化。

4.3、有害有机物的吸附

4.3.1、有害有机物的捕获

4.3.2、痕量有机物的富集分析

4.4、无机物的吸附

4.4.1、捕获金属以进行环境修复和检测

图二十七

PAF-1-SMe供选择择性地从微生木块液中阻止铜并借助比色法估测铜盐浓度。

4.4.2、海水提铀

图二十八

存在铀捉捕位点的大分子式印记PAF的装修设计和自动合成视频思路。(a)组成部分单园和铀捉捕位点,(b)凭借Mizoroki-Heck交叉的情况偶联反响自动合成视频的PAF骨架,及(c)在骨地上修饰语了铀捉捕位点的大分子式印记PAF。

4.4.3、非金属化合物的吸附

4.5PAFs用于催化

4.5.1PAFs用于级联催化

图二十九

在多孔缩聚物果香骨架(PPAF)进取行双作用绘制,将酸酸碱度位点和酸碱度位点带来同样骨架实现目标串连离子液体。

4.5.2PAFs用于不对称催化

4.5.3、卟啉PAFs用于氧化还原催化

4.5.4PAFs用于光催化

4.5.5PAFs负载金属催化

图三十

具淀粉水解和传递(活性炭吸附)位点的人为酶分子式痕迹PAF。

4.5.6、多级孔催化剂

图三十一


介孔PAF70-NH2的合成及具有较大空间位阻的硫脲分子的修饰,得到PAF70-硫脲。


图三十二

兼备动态数据阳阴阳离子基团的类金刚石PAF中因阴阴阳离子互换影响的结构的转变的团伙能学模似。

4.5.7PAFs基催化所面临的挑战

4.6PAFs用于纳米反应器

图三十三

PAFs有所作为纳米技术反應器:按照丙烯腈在PAF-1骨架的封闭环境空间环境空间华夏位聚合物构成聚乙烯腈。

4.7PAFs用于传感

4.8PAFs在医学方面的应用

4.9PAFs及其电化学衍生物

4.10、刺激响应型PAFs

图三十四

以螺吡喃看做性能性设备构造机组的PAFs在含酸性和酸碱度有机废气气体体现下展示出可逆转的变黄旋转开关本质。


5
总结和展望


【总结】

编辑如此全面性地具体描述了近年以来来关羽多孔香味骨架(PAFs)的科学的设计探讨成长 。编辑从PAFs空间结构的制作和生成多买,表述PAFs的模块化和利用科学的设计探讨,其中包括粘附、破乳和离子液体的传统利用或者nm反响器,传感器和对伤害性敏锐的智慧资料等宽泛的利用。编辑看来,PAFs的特别性重在其有框架结构动态平衡性和模块突显性。因而,PAFs可用更应该普适的模块化最简单的方法,将生成和利用性整合在共同,保证以模块为指引的制作生成有需提交特点的PAFs。也,PAFs的靶向药物定向就业生成、模块化和利用以模块化措施情况出来的,都带动了该的领域迅猛成长 。编辑在文本中也提及,PAFs的利用科学的设计探讨仍留存着多个难处和挑战。比如说高外层积PAFs的模块化会致使其孔洞率比较明显影响;PAFs生成成本预算比较贵且在生成方式中残余的贵金屬离子液体剂淤塞接缝处;PAFs的溶解出来力差、代加工机械性能不佳等等等等 ,那些情况和难处基本上存重在现步骤PAFs科学的设计探讨中,解决方法那些情况将进第一步推向PAFs的成长 。

专著联结:

Porous Aromatic Frameworks (PAFs)Chem.Rev., 2020. DOI: //dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00687.)

【朱广山院士简单介绍】



朱广山,男,东北师范大学化学学院教授博士生导师化学学院院长多酸科学教育部重点实验室主任长江学者国家杰出青年科学基金获得者“万人计划”中青年科技创新领军人才,享受国务院特殊津贴,民盟中央委员。2014年起,担任《Science China Materials》、《化学学报》、《中国化学快报》编委。是国际**期刊Matter及ACS Central Science的顾问委员会成员(Editorial Advisory Board)。研究工作涉及吸附分离导向的多孔芳香骨架(PAFs)的设计合成及**功能应用,多孔支撑膜的制备及其气体分离,金属有机框架材料的设计合成以及纳米孔材料**传输体系等方面的研究。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等国内外杂志发表研究论文390余篇,H-Index为65,出版英文专著1部,获得国内授权专利20余项。主持参与国家自然科学基金(包括重点项目、杰出青年基金、面上项目、国际合作等)、省部级项目等10项以及973项目子课题2项。

科研课题前段时间一篇文章:

1       Ben, T.; Ren, H.; Ma, S.; Cao, D.; Lan, J.; Jing, X.; Wang, W.; Xu, J.; Deng, F.; Simmons, J. M. et al., Targeted Synthesis of a Porous Aromatic Framework with High Stability and Exceptionally High Surface Area.Angew. Chem.Int. Ed.200948, 9457-9460.

2       Yuan, Y.; Meng, Q. H.; Faheem, M.; Yang, Y. J.; Li, Z. N.; Wang, Z. Y.; Deng, D.; Sun, F. X.; He, H. M.; Huang, Y. H. et al., A Molecular Coordination Template Strategy for Designing Selective Porous Aromatic Framework Materials for Uranyl Capture.ACS Cent. Sci. 20195, 1432-1439.

3       Song, J.; Li, Y.; Cao, P.; Jing, X. F.; Faheem, M.; Matsuo, Y.; Zhu, Y. L.; Tian, Y. Y.; Wang, X. H.; Zhu, G. S., Synergic Catalysts of Polyoxometalate@Cationic Porous Aromatic Frameworks: Reciprocal Modulation of Both Capture and Conversion Materials. Adv. Mater.201931, 9.

4       Yu, G. L.; Zou, X. Q.; Sun, L.; Liu, B. S.; Wang, Z. Y.; Zhang, P. P.; Zhu, G. S., Constructing Connected Paths between UiO-66 and PIM-1 to Improve Membrane CO2 Separation with Crystal-Like Gas Selectivity. Adv. Mater.201931, 9.

5       Tian, Y. Y.; Song, J.; Zhu, Y. L.; Zhao, H. Y.; Muhammad, F.; Ma, T. T.; Chen, M.; Zhu, G. S., Understanding the desulphurization process in an ionic porous aromatic framework. Chem. Sci.201910, 606-613.

6       Jiang, L. C.; Tian, Y. Y.; Sun, T.; Zhu, Y. L.; Ren, H.; Zou, X. Q.; Ma, Y. H.; Meihaus, K. R.; Long, J. R.; Zhu, G. S., A Crystalline Polyimide Porous Organic Framework for Selective Adsorption of Acetylene over EthyleneJ. Am. Chem. Soc.2018140, 15724-15730.

7       Li, M. P.; Ren, H.; Sun, F. X.; Tian, Y. Y.; Zhu, Y. L.; Li, J. L.; Mu, X.; Xu, J.; Deng, F.; Zhu, G. S., Construction of Porous Aromatic Frameworks with Exceptional Porosity via Building Unit Engineering. Adv. Mater. 201830, 7.

8       Yuan, Y.; Yang, Y. J.; Faheem, M.; Zou, X. Q.; Ma, X. J.; Wang, Z. Y.; Meng, Q. H.; Wang, L. L.; Zhao, S.; Zhu, G. S., Molecularly Imprinted Porous Aromatic Frameworks Serving as Porous Artificial Enzymes. Adv. Mater.201830, 9.

9       Yang, Y. J.; Faheem, M.; Wang, L. L.; Meng, Q. H.; Sha, H. Y.; Yang, N.; Yuan, Y.; Zhu, G. S., Surface Pore Engineering of Covalent Organic Frameworks for Ammonia Capture through Synergistic Multivariate and Open Metal Site Approaches. ACS Cent. Sci.20184, 748-754.

10     Jing, L. P.; Sun, J. S.; Sun, F. X.; Chen, P.; Zhu, G. S., Porous aromatic framework with mesopores as a platform for a super-efficient heterogeneous Pd-based organometallic catalysis. Chem. Sci. 20189, 3523-3530.

11     Zou, X. Q.; Zhu, G. S., Microporous Organic Materials for Membrane-Based Gas Separation. Adv. Mater. 201830, 13.

12     Yuan, Y.; Cui, P.; Tian, Y. Y.; Zou, X. Q.; Zhou, Y. X.; Sun, F. X.; Zhu, G. S., Coupling fullerene into porous aromatic frameworks for gas selective sorption. Chem. Sci. 20167, 3751-3756.

13     Yan, Z. J.; Yuan, Y.; Tian, Y. Y.; Zhang, D. M.; Zhu, G. S., Highly Efficient Enrichment of Volatile Iodine by Charged Porous Aromatic Frameworks with Three Sorption Sites. Angew. Chem.Int. Ed.201554, 12733-12737.

14     Ye, Y.; Yajie, Y.; Xujiao, M.; Qinghao, M.; Lili, W.; Shuai, Z.; Guangshan, Z., Molecularly Imprinted Porous Aromatic Frameworks and Their Composite Components for Selective Extraction of Uranium Ions. Adv. Mater.201830, 1706507.

15     Gao, X.; Zou, X.; Ma, H.; Meng, S.; Zhu, G., Highly Selective and Permeable Porous Organic Framework Membrane for CO2 Capture. Adv. Mater. 201426, 3644-3648.

16     Yuan, Y.; Sun, F.; Li, L.; Cui, P.; Zhu, G., Porous aromatic frameworks with anion-templated pore apertures serving as polymeric sieves. Nat. Commun.20145, 4260.