摘要
多孔有机聚合物（PorousOrganicPolymers,POPs）是一种新型的具有微孔或介孔结构的多孔高分子材料，由有机结构单元通过共价键连接而成。它具有比表面积大、骨架密度低、稳定性高、合成方法简单、易于功能化等优点。利用有机反应的多样性，可以有目的地将官能团引入到POPs中，得到具有特定结构和功能的POPs，并应用于特定领域。具有微孔或介孔结构特征的POPs在吸附分离、能源转换和催化等方面有着广泛的应用前景。其中，离子型多孔有机聚合物（IonicPorousOrganicPolymers,iPOPs）不仅具有高的孔隙率和优异的稳定性，而且由于孔隙中可交换离子的存在，在许多研究领域具有潜在的应用价值，引起了科学家们的广泛关注。 我们报道了一种新颖的离子型多孔有机聚合物的合成方法，并将其应用在污水处理、锂硫电池隔膜和氧还原反应催化剂等方面，主要研究内容如下： （1）我们报道了一种新型离子多孔有机聚合物的定向合成。首先通过三（4-咪唑苯基）胺（TIPA）与氰尿酰氯反应，再加入溴化苄完成咪唑单元的季铵化反应得到化合物（QUST-iPOP-1）。该聚合物富含可交换的Cl-和Br-，具有高孔隙率和宽孔径分布，能够快速有效地去除水中对环境有害的含氧阴离子Cr2O72-、MnO4-、ReO4-以及不同大小的甲基蓝、刚果红、甲基橙等阴离子有机染料。值得注意的是，与已报道的材料相比，QUST-iPOP-1对放射性TcO4-替代阴离子（MnO4-和ReO4-）、Cr2O72-、甲基蓝和刚果红表现出超高的吸附容量。此外，即使水中存在其他阴离子，也具有很高的相对去除率。 （2）我们设计了一种在还原氧化石墨烯上修饰阳离子型聚合物包覆碳纳米管（CNTs@CP/rGO）的锂硫电池隔膜。这种隔膜可以通过阳离子型多孔有机聚合物中的阳离子主体和多硫化物阴离子之间的静电吸引，强烈地固定可溶性锂多硫化物（LiPSs）。结果表明，采用CNTs@CP/rGO改性隔膜的Li-S电池在1C条件下800次循环时的容量衰减率为0.056%，具有很好的循环稳定性。50次循环后，Li-S电池的面积容量为6.3mAhcm-2，含硫量为8.5mgcm-2。本工作探讨了阳离子聚合物与多硫化物之间的静电吸引机制，可以有效阻止多硫化物的穿梭，从而提高Li-S电池的电化学性能。 （3）我们报道了一种将金属有机骨架（MOFs）微晶包覆阳离子型聚合物，通过引入富氮阴离子调节氮含量，并经过热解得到氧还原反应（ORR）高效催化剂和超级电容器电极材料的合成策略。首先合成了MOFs材料ZIF-8，然后在ZIF-8表面原位包覆了阳离子型多孔有机聚合物，优化热解条件以及含氮量得到催化剂材料NC-900，将其用做ORR电催化剂和超级电容器电极材料。对其形貌、结构进行了表征，并对其电催化性能进行了测试。NC-900作为无金属ORR电催化剂具有优于Pt/C的电化学性能（E0=1VvsRHE，E1/2=0.8VvsRHE）。NC-900作为超级电容器的电极材料，在6MKOH水溶液电解质中，具有较高的比电容性能（0.5Ag-1时为250Fg-1）和良好的循环稳定性（9000多圈循环后电容保留率为96%）。
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