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上海理工宋文良/余燈廣、東華大學(xué)廖耀祖 Green Chem. 綜述：超交聯(lián)聚合物 - 二氧化碳捕獲與轉(zhuǎn)化的利器
2024-05-07  來源：高分子科技

  日益增長(zhǎng)的燃料和工業(yè)產(chǎn)品需求加劇了全球溫室效應(yīng)，對(duì)人類生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，迫切需要開發(fā)有效的吸附、分離和轉(zhuǎn)化二氧化碳(CO2)的方法。超交聯(lián)聚合物（HCPs）作為一種多孔有機(jī)聚合物，具有高比表面積、可調(diào)孔結(jié)構(gòu)以及可修飾的表面功能基團(tuán)特性，使其具備更好的傳質(zhì)性能和更均勻的活性位點(diǎn)分散。通過“自下而上”的方法制備HCPs，為解決CO2排放問題提供了有前途的固體框架。


  相較于其他多孔材料，HCPs具有廣泛的單體來源、低廉的催化劑成本、溫和的合成條件以及高產(chǎn)率等優(yōu)勢(shì)。此外，根據(jù)聯(lián)合國(guó)提出的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和綠色化學(xué)與工程的12項(xiàng)原則，低污染材料的制備已成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的HCPs制備方法通常需要路易斯酸作為催化劑，非天然芳香族化合物作為單體，并使用含鹵素元素的有機(jī)化合物作溶劑。因此，闡述綠色合成路線對(duì)于推動(dòng)HCPs在氣候問題中的應(yīng)用具有重要意義。同時(shí)，梳理近年來HCPs在合成和利用方面的發(fā)展趨勢(shì)，也有助于更好地推動(dòng)這一材料在氣候問題中的應(yīng)用。


圖1. 超交聯(lián)聚合物的CO2吸附/轉(zhuǎn)化研究示意圖


  為此，上海理工宋文良/余燈廣、東華大學(xué)廖耀祖和韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)Il Kim 等人近期在Green Chemistry對(duì)用于二氧化碳捕獲和轉(zhuǎn)化的超交聯(lián)聚合物的研究進(jìn)行系統(tǒng)綜述。該論文首先根據(jù)時(shí)間發(fā)展線對(duì)聚合物分子鏈交聯(lián)、功能單體自縮合以及外部交聯(lián)劑編織這三種交聯(lián)策略中的綠色方案進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。重要的是， HCPs不僅可采用天然/廢棄原材料、減排副產(chǎn)物和使用非金屬催化劑等綠色化學(xué)合成手段制備，還可使用機(jī)械化學(xué)合成、微波輔助合成以及連續(xù)流動(dòng)合成等機(jī)械手段進(jìn)行過程調(diào)控。此外，論文還介紹了HCPs形貌的組裝，如改進(jìn)的無模板法和靜電紡絲法，以及可控表面功能基團(tuán)，與其CO2捕獲/轉(zhuǎn)化性能之間的關(guān)系。這些工作大大拓寬了HCPs在CO2捕獲和轉(zhuǎn)化方面的潛在應(yīng)用，對(duì)于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。


圖2. 液相化學(xué)法和機(jī)械化學(xué)法綠色化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)匹配示意圖


  論文最后提出HCPs在CO2的捕獲/轉(zhuǎn)化方面也存在一些挑戰(zhàn)：


  1．實(shí)際吸附環(huán)境比模擬環(huán)境更為復(fù)雜，需要進(jìn)行實(shí)際吸附環(huán)境的有效模擬；
  2．研究環(huán)境友好且智能響應(yīng)的HCPs以有效控制CO2的吸附和解吸至關(guān)重要；
  3．作為催化劑，可與均相催化劑集成或作為單原子催化劑、團(tuán)簇和納米顆粒的支撐基質(zhì)，同時(shí),改善其孔隙密度和規(guī)整性也是提升其吸附和轉(zhuǎn)化性能的關(guān)鍵。


  原文鏈接：

  Song W, Tang Y, Moon BR, Liao Q, Xu H, Hou Q, Zhang H, Yu DG, Liao Y, Kim I. Green synthesis of hypercrosslinked polymers for CO2 capture and conversion: Recent advances, opportunities, and challenges. Green Chem., 2024,26, 2476-2504

  https://doi.org/10.1039/D3GC04222G

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（責(zé)任編輯：xu）
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