共轭聚合物合成方法的研究

共轭体系的设计与合成共轭体系是一种在有机化学中广泛应用的重要概念。

通过合适的设计与合成，可以构建具有共轭结构的有机分子，从而改变其光电性能，并应用于光电器件、生物传感器等领域。

本文将介绍共轭体系的设计与合成方法，并探讨其在不同应用方面的潜力。

从化学角度来说，共轭体系是指由相邻的π电子系统组成的一系列原子或官能团。

共轭体系的设计与合成是有机化学的重要研究领域，它提供了一种有效的方法来调控化合物的光电性能。

通过在分子中引入共轭结构，可以改变分子的能带结构和电荷分布，从而调节其光吸收、电导率和发光性能。

共轭体系的设计与合成方法有很多种，其中最常见的包括共轭聚合物的合成和有机小分子的修饰。

共轭聚合物是由具有共轭结构的单体通过化学反应而形成的高分子材料。

通过调节聚合物的结构和组成，可以实现对其光电性能的调控。

例如，在聚合物链中引入电子受体和供体单元，可以实现电荷的传输和分离，从而提高光电转换效率。

与聚合物相比，有机小分子的设计与合成更加灵活。

通过在有机小分子中引入共轭结构，可以改变其荧光、吸波和透明性等性质。

例如，通过合成具有共轭结构的有机染料，可以实现对光吸收和发光的调控。

这些有机染料可以应用于光电器件、生物传感器等领域，展示出良好的应用潜力。

除了共轭体系的设计和合成方法，还有一些其他的因素需要考虑。

例如，在设计和合成过程中需要考虑分子的溶解性、稳定性和结构特征等。

这些因素会直接影响分子的应用性能和稳定性。

因此，在共轭体系的设计与合成过程中，需要综合考虑各种因素，以实现对分子性能的调控和优化。

共轭体系的设计与合成不仅在有机光电材料领域有广泛应用，还在生物医学领域展示出了很大的应用潜力。

通过将共轭体系引入到生物分子中，可以实现对其荧光和电荷传输性能的调节，并应用于生物传感器和荧光标记等领域。

这些应用不仅可以提高生物分析的灵敏度和特异性，还可以为生物医学研究提供新的工具和方法。

综上所述，共轭体系的设计与合成是有机化学中的一个重要研究领域。

共轭聚合物化学的研究发展及其在生物医学中的应用共轭聚合物是一类电子共轭的高分子材料，其分子结构中存在着共轭键的连续链结构。

因为这种分子结构可以带来很高的电子导电性和光学性质，所以共轭聚合物在有机电子学、光电子学和生物医学等领域中，具有广泛的应用前景。

本文将从共轭聚合物的化学结构、制备方法及其在生物医学领域中的应用等方面进行诠释。

一、共轭聚合物的化学结构共轭聚合物分子结构由若干个单体分子共价结合而成，其中单体分子通常为含有氮原子、硫原子、氧原子或其他元素的异构化合物。

通过不同单体结构的组合，可形成多种不同的共轭聚合物。

共轭聚合物的分子结构中，主要是由单个环状和链状的单元组成，链状的单元可以是苯环、噻吩环、吡咯烷环等。

其中，苯环是最常见的单元，被广泛应用于有机底物中。

二、共轭聚合物的制备方法共轭聚合物制备的方法是多样的，其中包括化学氧化聚合法、热聚合法、电化学聚合法、热致聚合法等。

可以根据不同的单体结构和分子结构，在合适的条件下对单体进行不同的反应，扩大共轭聚合物的结构和性能空间。

以热致聚合法为例，该法发展非常迅速，利用热致变色材料的热致变化行为，通过化学方法来实现聚合反应。

这种方法的优点在于，它可以通过控制温度和时间来改变材料的性质，同时，还具有简单的制备工艺流程、操作简单和易于扩展等优点。

三、共轭聚合物在生物医学中的应用在生物医学领域中，共轭聚合物主要应用于生物诊断和生物成像方面。

共轭聚合物有一种非常特殊的性质，即在与单个分子或特定生物细胞相互作用时，它们会发生显著的荧光变化，这种荧光变化可用于生物诊断和成像。

目前，共轭聚合物与生物成像技术的应用研究在不断地发展中。

例如，一些共轭聚合物可以标记在特定的蛋白质、DNA和细胞膜上，从而使这些物质在荧光图像上得到清晰的显示，从而实现生物诊断的效果。

共轭聚合物还可以选择性地标记心血管疾病、肿瘤等细胞，在生物成像方面取得良好的成果。

此外，共轭聚合物还应用于生物传感器方面，例如，共轭聚合物材料被用于制作生物传感器，以实现针对特定生物目标的高度敏感和选择性检测。

有机化学中的共轭聚合反应反应机制和应用在有机化学领域中，共轭聚合反应是一类重要的反应类型。

本文将介绍共轭聚合反应的机理，并讨论其在有机合成和材料科学领域中的应用。

1. 共轭聚合反应的机制共轭聚合反应是指含有多个共轭键的化合物在适当的条件下，通过键的重排和结构的调整，形成具有更长共轭链的产物。

一般情况下，共轭聚合反应需要存在特定的催化剂或活化剂。

共轭聚合反应的机理可以通过以下几个步骤来解释：(1) 起始物的活化：起始物中的活化基团通过酸、碱或金属催化剂的作用，发生脱质子或脱氧化物的反应，从而使起始物产生亲核攻击能力。

(2) 亲核攻击：活化的起始物通过亲核试剂的亲核攻击，形成共轭体系的中间体。

(3) 反应扩展：中间体发生键的移动和结构的重排，形成更长的共轭链结构。

(4) 终止反应：在合适的条件下，共轭聚合过程会停止，形成最终产物。

2. 共轭聚合反应的应用共轭聚合反应在有机合成领域具有广泛的应用。

以下是一些典型的应用示例：2.1 有机合成共轭聚合反应可以用于构建具有大分子结构的有机合成目标。

例如，通过氰化物亲核试剂对α,β-不饱和酮的亲核加成反应，可以得到具有共轭结构的醇酮类化合物。

这种方法在药物合成和天然产物合成中广泛应用。

2.2 光电材料共轭聚合反应可以用于制备具有光电性能的材料。

例如，通过苯环反应的共轭聚合反应，可以制备出具有良好导电性能的聚苯乙烯类聚合物，用于有机太阳能电池和有机场效应晶体管等器件的制备。

2.3 功能性材料共轭聚合反应还可以用于制备具有特殊功能的材料。

例如，通过苯环和噻吩环的共轭聚合反应，可以制备出具有荧光性能的共轭聚合物，用于荧光标记和生物传感器等应用。

2.4 电子传输材料共轭聚合反应在制备电子传输材料方面也具有重要的应用。

例如，通过咪唑环和嘌呤环的共轭聚合反应，可以制备出具有良好导电性能的聚咪唑和聚嘌呤类材料，用于电子器件和导电纤维等领域。

综上所述，有机化学中的共轭聚合反应具有重要的反应机制和广泛的应用领域。

新型共轭聚合物的设计与合成研究随着科技的不断进步和社会对可持续发展的需求，新型共轭聚合物的研究与合成日渐受到重视。

共轭聚合物具有理想的电子传输特性，可以广泛应用于有机光电子器件、太阳能电池等领域。

本文将探讨新型共轭聚合物的设计与合成研究。

共轭聚合物的设计与合成是一个复杂而精细的过程。

首先，设计者需要明确材料所需的特定属性和应用目标。

在这个基础上，他们可以通过合理选择单体结构和修饰基团来实现所需的功能。

例如，在太阳能电池领域，高能隙和高载流子迁移率是理想的特性。

因此，设计者可以通过调整共轭链的长度和宽度，以及引入不同的侧链基团来实现这些特性。

合成新型共轭聚合物的方法多种多样。

常见的方法包括化学合成、物理法合成等。

化学合成是最常见和常用的方法，它通常通过分步反应来合成目标共轭聚合物。

物理法合成则通过液晶相和溶液方法来实现。

无论是哪种方法，合成过程中都需要考虑反应条件的选择和控制，以获得高质量和高产率的产品。

在设计和合成新型共轭聚合物时，选择合适的单体结构和修饰基团至关重要。

单体结构直接决定了共轭聚合物的主链结构和共轭程度。

常见的单体结构包括噻吩、噻嘧、咔唑等。

修饰基团则可以通过引入不同的化学键和官能团来调控共轭聚合物的能带结构和光电性能。

例如，可以通过引入受体基团来改变共轭聚合物的吸收和发射波长，从而实现颜色调制。

此外，共轭聚合物的形状和结晶性也对其光电性能和器件性能产生重要影响。

传统的共轭聚合物常常以线形或延伸的形式存在，这种形态对其电子传输具有一定的限制。

近年来，一些研究者开始探索非传统形态的共轭聚合物，如环状、球形和纳米线形等。

这些非传统形态的共轭聚合物具有更好的溶解性和晶体性，从而提高了材料的处理能力和器件性能。

综上所述，新型共轭聚合物的设计与合成研究是一个复杂而精细的过程。

合理选择单体结构和修饰基团，控制反应条件，以及研究非传统形态，都是实现优质共轭聚合物的关键。

随着科学技术的不断进步，人们对共轭聚合物研究的需求也将不断增加。

合成共轭聚合物是一种重要的有机材料，具有良好的电子传输性能和光电特性，在有机电子器件和太阳能电池等领域有广泛应用。

以下是一些新的方法用于合成共轭聚合物的示例：1.聚合物化学反应：聚合物化学反应是合成共轭聚合物的常用方法。

例如，苯并噻吩
（P3HT）等共轭聚合物可以通过Grignard金属试剂和卤代单体进行聚合反应合成。

2.交叉偶联聚合法：这是一种通过交叉偶联反应将不同的单体连接起来合成共轭聚合物
的方法。

常见的交叉偶联反应有Stille偶联、Suzuki偶联、Sonogashira偶联等。

3.多元官能团反应：利用多元官能团反应可以在一个反应中连接多个单体，形成具有高
度共轭结构的聚合物。

例如，Knoevenagel缩合反应可以合成共轭聚合物。

4.有机催化聚合：近年来，有机催化聚合成为一种受欢迎的方法，通过有机小分子催化
剂引发聚合反应，避免了传统金属催化剂的毒性和残留问题。

5.自由基聚合：自由基聚合是一种常用的方法，通过引发剂引发自由基反应，合成具有
共轭结构的聚合物。

6.电化学聚合：电化学聚合是一种通过电化学方法合成共轭聚合物的方法，可以在无溶
剂条件下进行，有助于减少环境影响。

7.原子转移自由基聚合：这是一种控制聚合物分子量和结构的方法，通过原子转移自由
基聚合反应，可以实现精确的聚合物合成。

需要注意的是，合成共轭聚合物需要根据所需的性质和应用选择适合的方法，并进行适当的优化和调整。

不同的方法可能适用于不同类型的共轭聚合物，具体的合成方案需要根据研究目标进行设计和优化。

㊀第３８卷㊀第４期２０１９年４月中国材料进展ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＨＩＮＡＶｏｌ ３８㊀Ｎｏ ４Ａｐｒ２０１９收稿日期:２０１８－１１－２７㊀㊀修回日期:２０１９－０１－２１基金项目:中央高校基本科研业务资助项目(２２３２０１９Ａ３￣０１)ꎻ国家自然科学基金资助项目(５１６７３０３９ꎬ５１８７３０３６)ꎻ上海市浦江人才计划(１６ＰＪ１４００３００)第一作者:胡孝文ꎬ男ꎬ１９９５年生ꎬ硕士研究生通讯作者:廖耀祖ꎬ男ꎬ１９８２年生ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬＥｍａｉｌ:ｙｚｌｉａｏ＠ｄｈｕ ｅｄｕ ｃｎＤＯＩ:１０ ７５０２/ｊ ｉｓｓｎ １６７４－３９６２ ２０１９ ０４ ０６共轭微孔聚合物的制备及应用研究进展胡孝文ꎬ王海鸽ꎬ何㊀颜ꎬ李慧欣ꎬ李慧敏ꎬ程中桦ꎬ廖耀祖(东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室ꎬ上海２０１６２０)摘㊀要:共轭微孔聚合物是一类由全共轭分子链构筑ꎬ具有三维网络骨架㊁自具微孔结构且孔径小于２ｎｍ的有机多孔材料ꎮ从分子结构上看ꎬ共轭单元的刚性和成键方式导致其骨架能有效地支撑起微孔通道ꎬ而不像共轭小分子或线性共轭聚合物那样通过π￣π堆积形成致密的凝聚体ꎮ因此ꎬ共轭微孔聚合物既拥有某些共轭聚合物的光电性质ꎬ又能够提供稳定的多孔性ꎻ同时ꎬ还具有功能调控㊁环境稳定性高㊁制备路径简单和多元化等特点ꎮ自２００７年首次制备获得共轭微孔聚合物以来ꎬ至今为止已经发展了多种制备方法ꎬ并且在气体吸附㊁化学传感㊁异相催化㊁能量存储与转换等诸多领域取得了重要应用ꎮ系统归纳了共轭微孔聚合物的制备方法和应用ꎬ同时总结了共轭微孔聚合物研究目前存在的主要问题以及未来发展方向ꎮ关键词:共轭微孔聚合物ꎻ有机多孔材料ꎻ制备方法ꎻ气体吸附ꎻ化学传感ꎻ异相催化ꎻ能量存储与转换中图分类号:ＴＱ３１７㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７４－３９６２(２０１９)０４－０３６５－１０ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＣｏｎｊｕｇａｔｅｄＭｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓＰｏｌｙｍｅｒｓＨＵＸｉａｏｗｅｎꎬＷＡＮＧＨａｉｇｅꎬＨＥＹａｎꎬＬＩＨｕｉｘｉｎꎬＬＩＨｕｉｍｉｎꎬＣＨＥＮＧＺｈｏｎｇｈｕａꎬＬＩＡＯＹａｏｚｕ(ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｉｂｅｒｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１６２０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒｓ(ＣＭＰｓ)ａｒｅａｃｌａｓｓｏｆｐｏｒｏｕｓｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｙｍｅｒｓꎬｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｏｆｆｕｌｌｙｃｏｎｊｕ￣ｇａｔｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｉｎｓｗｉｔｈａｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｅｔｗｏｒｋｓｋｅｌｅｔｏｎａｎｄｈａｖｅａｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｌｅｓｓｔｈａｎ２ｎｍ.Ｆｒｏｍｔｈｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｒｉｇｉｄｉｔｙａｎｄｂｏｎｄｉｎｇｍｏｄｅｏｆｔｈｅｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｕｎｉｔｓｒｅｎｄｅｒｉｔｓｓｋｅｌｅｔｏｎｔｏｅｆ￣ｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｃｈａｎｎｅｌꎬｉｎｓｔｅａｄｏｆｆｏｒｍｉｎｇａπ￣πｓｔａｃｋｉｎｇｌｉｋｅｔｈｏｓｅｄｅｎｓｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓａｓｆｏｕｎｄｉｎｃｏｎｊｕ￣ｇａｔｅｄｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅｓꎬｌｉｎｅａｒｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ.ＴｈｅｒｅｆｏｒｅꎬＣＭＰｓｎｏｔｏｎｌｙｐｏｓｓｅｓｓｔｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓꎬｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｓｔａｂｌｅｐｏｒｏｓｉｔｙꎬａｎｄｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｕｔｔｉｎｇꎬｈｉｇｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙꎬｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐａｔｈｗａｙａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ.ＳｉｎｃｅｔｈｅｆｉｒｓｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣＭＰｓｉｎ２００７ꎬｖａｒｉｏｕｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｏｆａｒꎬａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎꎬｃｈｅｍｉ￣ｃａｌｓｅｎｓｉｎｇꎬｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｃａｔａｌｙｓｉｓꎬｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ.ＩｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗꎬｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬａｎｄｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆＣＭＰｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒꎻｏｒｇａｎｉｃｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎꎻｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎꎻｃｈｅｍｉｃａｌｓｅｎｓｉｎｇꎻｃａｔａｌｙｓｉｓꎻｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ1㊀前㊀言有机多孔聚合物(ｐｏｒｏｕｓｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｙｍｅｒｓꎬＰＯＰｓ)是由ＣꎬＨꎬＯꎬＮꎬＢ等轻质元素组成ꎬ具有较高比表面积和孔结构可调控的新型聚合物材料ꎮ与常规无机多孔材料和金属有机框架材料相比ꎬＰＯＰｓ具有质量更轻㊁比表面积更大的优点ꎮ同时ꎬ由于ＰＯＰｓ的分子可设计性㊁孔结构和功能可调控等特点ꎬ广泛应用于气体吸附㊁化学传感㊁异相催化㊁能量存储与转换等领域ꎮ基于其结中国材料进展第３８卷构特点ꎬ这类材料可分为４种类型ꎮ通过密集交联来阻止高分子链紧密堆积形成微孔结构的聚合物ꎬ即超交联聚合物(ｈｙｐｅｒ￣ｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓꎬＨＣＰｓ)ꎻ通过刚性和扭曲基团阻止链密集堆积而形成的聚合物ꎬ即自具微孔聚合物(ｐｏｌｙｍｅｒｓｏｆｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍｉｃｒｏｐｏｒｏｓｉｔｙꎬＰＩＭｓ)ꎻ基于刚性骨架的可逆缩合反应形成的聚合物ꎬ即共价有机骨架聚合物(ｃｏｖａｌｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓꎬＣＯＦｓ)ꎻ通过构建大共轭体系形成分子网络结构的刚性聚合物ꎬ即共轭微孔聚合物(ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒｓꎬＣＭＰｓ)ꎮ近年来ꎬＣＭＰｓ作为新兴的有机多孔材料尤为受到研究者的关注ꎮ其重要的特点是:化学结构由全共轭分子链围筑ꎬ具有三维网络骨架㊁自具微孔结构且孔径小于２ｎｍꎮ从分子结构上看ꎬ共轭单元的刚性和成键方式ꎬ导致ＣＭＰｓ骨架能有效地支撑起微孔通道ꎬ而不像共轭小分子或是线性共轭高分子那样通过π￣π堆积而形成致密的凝聚体ꎮ因此ꎬＣＭＰｓ既拥有某些共轭聚合物的光电性质ꎬ又能够提供稳定的多孔性ꎬ还具有功能调控㊁环境稳定㊁制备路径简单和多元化等特点ꎮ２００７年英国利物浦大学Ｃｏｏｐｅｒ课题组[１]首次报道了这类多孔聚合物 聚乙炔撑芳基(ＰＡＥｓ)网络化合物ꎮＰＡＥｓ具有无定型的结构ꎬ最早被用于二氧化碳和氢气的低压吸附或存储ꎬ其气体吸附热力学行为与结晶态ＣＯＦｓ很类似ꎮ随着研究的深入ꎬ各种新型ＣＭＰｓ不断地被合成出来ꎬ其比表面积㊁孔体积以及气体吸附能力不断提高ꎮ目前ꎬＣＭＰｓ主要通过金属偶联反应(如ＹａｍａｍｏｔｏꎬＳｕｚｕｋｉꎬＳｏｎｏｇａｓｈｉｒａ反应)㊁席夫碱反应以及环化反应等键合不同拓扑序列(如Ｃ２㊁Ｃ３㊁Ｃ４及Ｃ６)共轭单体进行制备ꎮ进而对ＣＭＰｓ化学修饰和功能调控ꎬ使之在气体吸附分离㊁异相催化㊁光能捕获和转移㊁能源存储以及化学传感等领域展现出重要的应用价值[２]ꎮ本论文旨在对共轭微孔聚合物的制备方法和应用进行系统归纳ꎬ并对目前该研究领域存在的问题进行分析与展望ꎮ2㊀共轭微孔聚合物的制备方法为使ＣＭＰｓ具备多孔共轭结构ꎬ采用的构筑结构单元应至少具有两个反应位点或交联点ꎬ不同结构单元的连接方式主要通过共价键连接ꎮ根据结构单元的几何形状不同ꎬ可以将其分为Ｃ２㊁Ｃ３㊁Ｃ４和Ｃ６４种类型ꎬ不同类型的结构单元可通过自聚反应或者偶联反应形成三维网络高分子ꎮ选择不同结构单元可制备得到不同的目标产物ꎬ因此ＣＭＰｓ具有很强的分子设计性ꎮ通常ꎬ制备方法分为金属偶联反应(如ＳｕｚｕｋｉꎬＹａｍａｍｏｔｏꎬＳｏｎｏｇａｓｈｉｒａꎬＢｕｃｈｗａｌｄ￣ＨａｒｔｗｉｇꎬＧｌａｓｅｒ)㊁氧化聚合㊁环化三聚反应等ꎮ2 1㊀Suzuki偶联反应Ｓｕｚｕｋｉ偶联反应也称为铃木反应ꎬ一般为芳基硼酸与氯㊁溴㊁碘卤代芳烃在零价钯配合物催化下ꎬ发生交叉偶联反应ꎮ其优点是反应条件较温和㊁区域和立体选择性高以及官能团环境容忍性好等ꎬ能够满足ＣＭＰｓ结构多样化的合成需求ꎮ２０１０年ꎬＪｉａｎｇ等[３]通过Ｓｕｚｕｋｉ偶联聚合反应制备聚苯撑骨架ＰＰ￣ＣＭＰꎬ能够激发能量转移ꎬ增强载流子的迁移能力ꎬ在光捕获方面有重要应用前景ꎮＣＭＰｓ的交联网络和刚性骨架导致其具有极好的化学稳定性ꎬ但是不溶不熔ꎬ加工性能差ꎮＣｏｏｐｅｒ等[４]通过Ｓｕｚｕｋｉ反应首次制备出可溶性ＳＣＭＰ１ꎮ但是ꎬ当ＳＣＭＰ１加工为薄膜时ꎬ其比表面积由５０５下降到１２ｍ２/ｇꎬ对氢气的吸附影响不大(４ｍｍｏｌ/ｇꎬ０ １ＭＰａꎬ７７Ｋ)ꎬ氮气吸附迅速下降(０ ４ｍｍｏｌ/ｇꎬ０ １ＭＰａꎬ７７Ｋ)ꎮ该研究为ＣＭＰｓ的溶液加工提供了新方向ꎮＣｏｏｐｅｒ等[５]继而通过Ｓｕｚｕｋｉ偶联反应制备了一系列高量子产率白光发射的ＣＭＰｓꎮ此外ꎬ他还发现通过改变单体的加成顺序可以得到不同的结构域ꎬ对荧光性能有很强的影响ꎮ将多孔聚合物制成荧光传感器ꎬ可对挥发性有机化合物(ＶＯＣｓ)进行高灵敏度检测ꎮ基于Ｓｕｚｕｋｉ偶联[６]ꎬ改变单体链长和键型ꎬ合成的联苯型ＣＭＰｓ和螺二氟化物型ＣＭＰｓ还具有良好的光催化产氢性能ꎮ2 2㊀Yamamoto偶联反应Ｙａｍａｍｏｔｏ偶联反应也称为山本反应ꎬ是卤代芳烃在过渡金属镍催化作用下形成Ｃ￣Ｃ键的交叉偶联反应ꎮ２００９年ꎬＴｈｏｍａｓ等[７]首次通过Ｙａｍａｍｏｔｏ偶联反应制备出一系列螺二芴基ＹＳＮ￣ＣＭＰｓꎬ通过调节不同结构单体的键长和构型ꎬ可调控其比表面积和孔结构ꎮ当２ꎬ２ᶄꎬ７ꎬ７ᶄ￣四溴￣９ꎬ９ᶄ￣螺二芴自聚时ꎬ得到ＣＭＰｓ的比表面积为１２７５ｍ２/ｇꎻ当其与对二溴苯共聚时ꎬ聚合物比表面积降为８８７ｍ２/ｇꎻ与间二溴苯共聚时ꎬ比表面积降为３６１ｍ２/ｇꎻ与邻二溴苯共聚时ꎬ比表面积仅为５ｍ２/ｇꎮ因此ꎬ不同的结构单元会极大地影响ＣＭＰｓ的孔结构ꎬ一般而言ꎬ对位取代芳基单体有利于多孔结构的形成[８]ꎮＸｕ等[９]利用Ｙａｍａｍｏｔｏ偶联反应ꎬ以四(４￣溴苯基)乙烯(ＴＰＴＢＥ)作为单组分合成了一种新型共轭微孔聚合物(ＴＰＥ￣ＣＭＰ)ꎮ在得到的聚合物中ꎬＴＰＥ单元直接连接形成一个连锁网络ꎬ限制了苯基的旋转ꎬ使之具有高的发光活性ꎬ在可见光全解水制氢方面有很大的潜力ꎮ但是ꎬＹａｍａｍｏｔｏ偶联反应使用的镍催化剂易氧化吸水而导致失活ꎬ因此反应过程中严格控制无水无氧条件ꎬ一定程度上提高了ＣＭＰｓ的制备成本ꎮ2 3㊀Sonogashira偶联反应Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ偶联反应是端炔基和卤代芳烃在钯催化６６３㊀第４期胡孝文等:共轭微孔聚合物的制备及应用研究进展剂和铜(Ｉ)盐催化剂作用下的交叉偶联反应ꎮ２００７年ꎬＣｏｏｐｅｒ等[１０]通过Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ偶联反应ꎬ首次发现并报道了一系列ＣＭＰｓꎬ并对其骨架中的炔基功能化处理ꎮ２０１２年ꎬＷｅｂｅｒ等[１１]利用硫醇￣炔基反应ꎬ对ＣＭＰ￣１进行后处理(图１)ꎮ相比于处理前的ꎬ功能化处理后的ＣＭＰ￣１的氮气脱吸附比表面积略有下降ꎬ但其二氧化碳吸附能力略有上升ꎮ但是ꎬ过度的功能化则会导致ＣＭＰｓ的比表面积和二氧化碳吸附能力下降ꎮＬｉｒａｓ等[１２]通过Ｓｏｎｏ￣ｇａｓｈｉｒａ￣Ｈａｇｉｈａｒａ交叉偶联反应ꎬ设计合成了基于ＢＯＤＩＰＹ染料(ＣＭＰＢＤＰ)的新型ＣＭＰｓꎬ显示出优异的发光性质和有效的非均相光催化活性ꎮＣＭＰＢＤＰ具有高热稳定性和高表面积ꎬ具有微孔尺寸ꎬ并且在可见光(５００ｎｍ)下通过单线态氧有效催化硫代苯甲醚ꎬ使之高选择性氧化成相应的亚砜ꎬ光催化活性大大提高ꎬ并且循环使用性能非常优异ꎮＱｉａｎ等[１３]通过Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ￣Ｈａｇｉｈａｒａ交叉偶联聚合ꎬ从２ꎬ３ꎬ５￣三溴噻吩类乙炔苯单体出发ꎬ设计合成了噻吩基ＣＭＰｓ网络ＳＣＭＰｓ(图２)ꎬ具有丰富的孔隙率㊁共轭网络结构和富电子结构ꎮ其最高比表面积达８５５ｍ２/ｇꎬ对碘有较好的吸附能力ꎬ在３５３Ｋ和正常大气的密闭容器中ꎬ对碘的吸附率高达２２２％(质量分数ꎬ下同)ꎮ图１㊀ＣＭＰ￣１的合成方法及后处理方法[１１]Ｆｉｇ １㊀Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｐｏｓｔ￣ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＣＭＰ￣１[１１]图２㊀ＳＣＭＰ￣１和ＳＣＭＰ￣２的合成方法[１３]Ｆｉｇ ２㊀ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＳＣＭＰ￣１ａｎｄＳＣＭＰ￣２[１３]2 4㊀Buchwald ￣Hartwig 偶联反应Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联反应是卤代芳烃和芳香胺在少量钯催化剂的作用下ꎬ反应生成Ｃ￣Ｎ键的偶合反应ꎮ２００８年ꎬＦｒéｃｈｅｔ等[１４]首次通过Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ反应制备了聚苯胺网络结构ꎬ用于氢气吸附ꎮ自２０１４年起ꎬ作者课题组[１５]将此方法广泛地拓展到ＣＭＰｓ的高效制备上ꎮ以三(４￣溴苯基)胺为核心ꎬ选取不同芳香胺为连接点ꎬ制备了一系列的聚三苯基胺ＣＭＰ(ＰＴＰＡｓ)(图３)ꎮ通过改变芳香胺的共轭长度及刚性ꎬ可调控ＰＴＰＡｓ的比表面积及孔结构ꎮ研究结果表明共轭长度更长㊁刚性更强的芳香胺可实现更大的比表面积ꎬ最高达５３０ｍ２/ｇꎮ图３㊀Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联反应制备ＣＭＰｓ[１５]Ｆｉｇ ３㊀ＣＭＰｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙＢｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎ[１５]７６３中国材料进展第３８卷㊀㊀进而以六(４￣溴苯基)苯(ＨＢＢ)为核心[１６]ꎬ与不同芳基二胺反应成功制备了一系列超交联六苯基苯共轭微孔聚合物(ＨＣＭＰｓ)(图４)ꎮ其比表面积达４３０ｍ２/ｇꎬ呈现非常均一的微孔分布ꎮ大量胺官能团和微孔的存在ꎬ为ＨＣＭＰｓ提供了极高的碘亲和力ꎬ其吸附能力高达３３６％ꎮ这种方法为制备主链含氮的ＣＭＰｓ提供了非常有效的路径ꎮ利用双氧水和肼分别对ＨＣＭＰｓ进行后处理ꎬ通过调节其氧化还原态ꎬ实现对碘气和二氧化碳的选择性吸附ꎮ图４㊀Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联反应制备ＨＣＭＰｓ[１６]Ｆｉｇ ４㊀ＨＣＭＰｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙＢｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎ[１６]2 5㊀Glaser偶联反应Ｇｌａｓｅｒ偶联反应是末端炔烃自身的氧化偶联反应ꎬ生成二炔烃化合物ꎮ２０１０年ꎬＤｅｎｇ等[１７]制备出双炔基ＣＭＰｓꎬ并对其用萘锂在四氢呋喃溶液中进行锂掺杂(图５)ꎬ发现当锂含量为０ ５％(质量分数)时ꎬ聚合物对氢气的吸附力显著提高ꎬ在７７Ｋ㊁０ １ＭＰａ大气压下ꎬ氢气吸附量由原来的１ ６％提升为６ １％ꎮ若锂含量大于０ ５％ꎬ氢气吸附量反而会下降ꎮ之后ꎬ他们利用聚合物的超疏水性[１８]ꎬ实现了油水分离和对有机溶剂的高效吸附ꎮＸｕ等[１９]以１ꎬ３ꎬ５￣三(４￣乙炔苯基)￣苯(ＴＥＰＢ)和１ꎬ３ꎬ５￣三乙炔基苯(ＴＥＢ)为原料经Ｇｌａｓｅｒ偶联反应合成了ＰＴＥＰＢ和ＰＴＥＢꎬ在４２０ｎｍ可见光激发下分别表观出的光量子效率分别为１０ ３％和７ ６％ꎻ利用全太阳光谱测得的太阳￣氢转换效率可达０ ６％ꎮ总体而言ꎬ通过不同金属偶联反应可得到不同特性的ＣＭＰｓꎮ通过Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ￣Ｈａｇｉｈａｒａ偶联反应和Ｇｌａｓｅｒ偶联反应得到的ＣＭＰ中含有炔基ꎬ可对其进行后处理和功能化ꎮ通过Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联反应可引入Ｃ￣Ｎ键ꎬ赋予ＣＭＰ一定的氧化还原性ꎬ在二氧化碳选择性捕集㊁电化学储能方面有重要应用前景ꎮ2 6㊀氧化聚合反应氧化聚合是指含有活泼氢原子的化合物在氧化催化剂的作用下ꎬ脱氢偶联形成聚合物的方法ꎮ根据氧化形式的不同ꎬ可分为化学氧化聚合和电化学氧化聚合ꎮ化学氧化聚合是在氧化剂如ＦｅＣｌ３等作用下ꎬ单体脱氢聚合的反应ꎮＨａｎ等[２０]利用咔唑单体ꎬ在ＦｅＣｌ３的作用下进行聚合ꎬ得到的咔唑基ＣＭＰꎬ比表面积高达２２２０ｍ２/ｇꎬ表现出良好的二氧化碳(２１ ２％ꎬ０ １ＭＰａꎬ２７３Ｋ)和氢气(２ ８％ꎬ０ １ＭＰａꎬ７７Ｋ)的存储能力ꎬ并展现出良好的二氧化碳/氮气㊁二氧化碳/甲烷选择性吸附ꎮ之后ꎬ他们[２１]又通过设计咔唑单体的结构单元来调控ＣＭＰ即咔唑多孔聚合物(ＣＰＯＰ)的孔特性(图５)ꎬ其中ＣＰＯＰ￣９主要为介孔结构ꎬ其比表面积高达２４４０ｍ２/ｇꎮ相比于ＣＰＯＰ￣８(２０８ｍｇ/ｇ)和ＣＰＯＰ￣１０(１８１ｍｇ/ｇ)ꎬＣＰＯＰ￣９在２９８Ｋ㊁饱和蒸汽压下对水蒸气的吸附量为８０４ｍｇ/ｇꎬ说明孔尺寸对水蒸气的吸附具有极大影响ꎮ同时ꎬＣＰＯＰ￣９对二氧化碳㊁氢气和甲苯蒸气也有极好的吸附性能ꎮ图５㊀化学氧化聚合制备咔唑基ＣＭＰｓ[２１]Ｆｉｇ ５㊀Ｃａｒｂａｚｏｌｅ￣ｂａｓｅｄＣＭＰｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｉｄａｔｉｖｅｐｏｌ￣ｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ[２１]Ｚｈａｎｇ等[２２]发现ＣＰＯＰ￣８的咔唑多孔结构具有极好的光催化性能ꎬ如苯甲酰甲基溴的脱卤还原㊁烷基硼酸氧化ꎮ这归功于ＣＰＯＰ￣８共轭结构和多孔特性ꎬ可增加对可见光的吸收㊁加速反应速率ꎮ同样ꎬ可对含有活泼氢的星型噻吩或苯胺单体进行氧化聚合[２３]ꎬ得到相对应的ＣＭＰｓꎮ此外ꎬ作者课题组通过改进合成方法ꎬ发现咔唑基ＣＭＰｓ是优良的炭前驱体(图６)ꎬ在超级电容器等能源存储领域应用潜力巨大[２４]ꎮＳｕ等[２５]以１ꎬ３ꎬ５￣三(９￣咔唑基)苯(ＴＣＢ)为单体ꎬ通过简单的无水ＦｅＣｌ３的氧化偶联得８６３㊀第４期胡孝文等:共轭微孔聚合物的制备及应用研究进展到了碳氮化共轭微孔聚合物(Ｃ￣ＣＭＰｓ)ꎮＣ￣ＣＭＰｓ具有很高的孔隙率和高达１１３７ｍ２/ｇ的比表面积ꎮＣ￣ＣＭＰｓ用于可见光催化伯胺和仲胺的氧化㊁氮杂环的耗氧脱氢和硫化物的氧化等反应ꎬ均具有较高的催化效率ꎮ此外ꎬＣ￣ＣＭＰｓ光催化剂可以循环使用ꎬ并且经过多次重复使用后催化效率没有明显下降ꎮＨａｎ等[２６]采用类似方法制备了含三环金属化铱配合物的咔唑基多孔聚合物ＣＰＯＰ￣２０和ＣＰＯＰ￣２１ꎬ比表面积最高为４８０ｍ２/ｇꎬ具备良好的磷光性能ꎬ可作为Ａｚａ￣Ｈｅｎｒｙ反应的多相有机光催化剂ꎮ图６㊀咔唑基ＣＭＰｓ及其炭材料的制备方法[２４]Ｆｉｇ ６㊀Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｒｂａｚｏｌｅ￣ｂａｓｅｄＣＭＰｓａｎｄｄｅｒｉｖｅｄｃａｒｂｏｎｓ[２４]电化学聚合也是一种特殊的氧化聚合ꎬ是单体在电极上因氧化或还原发生的聚合反应ꎮＭａ等[２７]在基板上通过多次的循环伏安ꎬ采用电化学聚合修饰的咔唑单体制备ＣＭＰ薄膜(图７)ꎮ该薄膜具有微孔结构ꎬ并且通过电化学掺杂可以提高薄膜的导电率ꎮ之后ꎬ他们将咔唑单元接枝在含锌卟啉环上ꎬ将其电沉积在导电玻璃上得到ＣＭＰ薄膜[２８]ꎬ利用卟啉环的氧化还原性ꎬ将其用于超级电容器ꎬ高度交联网络结构和多孔特性有利于电荷的存储以及电解液和电极的接触ꎬ在０ １ｍｏｌ/ＬＢｕ４ＮＰＦ６电解液中ꎬ５Ａ/ｇ电流密度下ꎬ其电容量为１４２Ｆ/ｇꎮ图７㊀电化学聚合制备咔唑基ＣＭＰｓ[２７]Ｆｉｇ ７㊀Ｃａｒｂａｚｏｌｅ￣ｂａｓｅｄＣＭＰｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ[２７]对于化学氧化聚合而言ꎬ合成的ＣＭＰ一般为粉末ꎬ由于ＣＭＰ的交联网络结构导致其不溶不熔ꎬ不利于后期加工ꎮ而电化学氧化聚合可直接得到ＣＭＰ薄膜ꎬ便于膜器件的开发与应用ꎮ2 7㊀炔基环化反应炔基环化反应是以钴为催化剂ꎬ单体在溶剂中加热回流制备聚合物的方法ꎮＬｉｕ等[２９]利用不同长度的炔基单体ꎬ实现了ＣＭＰ孔径及比表面积的精确调控(图８)ꎮ图８㊀炔基单体环化三聚反应[２９]Ｆｉｇ ８㊀Ｃｙｃｌｏｔｒｉｍｅｒｒｅａｃｔｉｏｎｏｆａｌｋｙｎｙｌｍｏｎｏｍｅｒ[２９]2 8㊀氰基环化反应氰基环化反应是将ＺｎＣｌ２与单体共混后ꎬ在离子热条件下制备多孔聚合物的方法ꎬ其中ＺｎＣｌ２具有溶剂㊁催化剂以及模板制孔剂的作用ꎮ该方法得到的ＣＭＰｓ又称为共价三嗪类聚合物(ｃｏｖａｌｅｎｔｔｒｉａｚｉｎｅ￣ｂａｓｅｄｆｒａｍｅｗｏｒｋｓꎬＣＴＦｓ)ꎬ与其它ＣＭＰｓ不同ꎬ该类聚合物也具备一定的结晶性ꎬ又属于ＣＯＦｓ范畴ꎮ２００８年ꎬＴｈｏｍａｓ等[３０]在４００ħ下熔融的ＺｎＣｌ２中ꎬ利用腈类小分子首次制备出ＣＴＦｓ(图９)ꎮ通过调控温度[３１]㊁单体[３２]及反应动力学参数[３３]ꎬ制备不同孔结构和特性的ＣＴＦｓꎮ图９㊀氰基单体环化三聚反应合成ＣＴＦｓ[３０]Ｆｉｇ ９㊀ＣＴＦｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｃｙｃｌｏｔｒｉｍｅｒｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｃｙａｎｏｍｏｎｏｍｅｒ[３０]９６３中国材料进展第３８卷Ｌｉ等[３４]在ＺｎＣｌ２熔体中通过改变温度开发了一类四氰基喹啉并二甲烷衍生的导电微孔共价三嗪基骨架ＴＣＮＱ￣ＣＴＦｓ(图１０)ꎮＴＣＮＱ￣ＣＴＦｓ具有高氮含量(>８％)和大比表面积(>３６００ｍ２/ｇ)ꎮ这些ＣＴＦｓ具有优异的比电容ꎬ最高值超过３８０Ｆ/ｇꎬ能量密度达到４２ ８Ｗｈ/ｋｇꎬ并且在１００００次循环后其比电容没有明显的降低ꎬ具有显著的循环稳定性ꎮ这类ＣＴＦｓ在作为电化学储能系统的高性能电极材料时具有巨大潜力ꎮ但是ꎬ离子热法制备ＣＴＦｓ需要高温高压的苛刻条件ꎬ聚合物成膜能力差ꎮ利用ＺｎＣｌ２可以作为路易斯酸催化反应的特点ꎬＤａｉ等[３５]将４ꎬ４ᶄ￣联苯二甲腈置于三氟甲磺酸(强酸)中１１０ħ反应约３ｍｉｎꎬ除去多余的反应产物ꎬ即可形成ＴＣＮＱ￣ＣＴＦｓ薄膜ꎮ由于三嗪环独特的结构ꎬＣＴＦｓ在催化[３６ꎬ３７]㊁能源存储[３８]㊁气体吸附分离[３９ꎬ４０]㊁光催化[４１ꎬ４２]等领域都有广泛的应用ꎮ图１０㊀离子热方法制备ＴＣＮＱ￣ＣＴＦｓ[３４]Ｆｉｇ １０㊀ＴＣＮＱ￣ＣＴＦｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｉｏｎｉｃｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ[３４]3㊀共轭微孔聚合物的应用由于ＣＭＰｓ具有丰富微孔结构㊁π￣π共轭体系㊁分子可设计性等优点ꎬ在面对环境和能源领域的应用挑战时ꎬ表现出很好的发展潜能ꎮＣＭＰｓ在吸附分离㊁异相催化㊁能源存储㊁光催化产氢㊁发光器件㊁化学传感器等领域均有广泛的应用ꎮ3 1㊀吸附分离氢气是一种具有高能量密度且绿色清洁的能源ꎮ由于氢气具有一定的危险性ꎬ其存储问题一直阻碍着氢气的实际应用ꎮ二氧化碳作为温室气体ꎬ对其吸附封装也至关重要ꎮＣＭＰｓ是一种新型多孔材料ꎬ大量的微孔提供了足够的吸附和存储空间ꎬ在氢气㊁二氧化碳等气体㊁放射碘和有机溶剂吸附等方面有大量应用ꎮ对ＣＭＰｓ进行后处理和功能化ꎬ又可极大提高其吸附性能ꎮ例如ꎬＬｉｕ等[４３]制备了一系列的聚苯撑结构的ＣＭＰｓ用于氢气存储ꎬ在７７Ｋ和６ＭＰａ大气压下ꎬＰＯＰ￣１(１０３１ｍ２/ｇ)㊁ＰＯＰ￣２(１０１３ｍ２/ｇ)㊁ＰＯＰ￣３(１２４６ｍ２/ｇ)和ＰＯＰ￣４(１０３３ｍ２/ｇ)的氢气存储量分别为２ ７８％㊁２ ７１％㊁３ ０７％和２ ３５％ꎮ氢气吸附是一个热焓控制的过程ꎬ不同芳香共轭骨架中ꎬ氢气的结合能会有差别ꎮ对ＣＭＰｓ进行锂后处理[１６]或者负载钯[４４]ꎬ可提高氢气的吸附量ꎮ甲烷是天然气的重要组成成分ꎬ也是一种存储量丰富的能源气体ꎮ与其他气体相比ꎬ在ＣＭＰｓ甲烷吸附方面的探究相对较少ꎮＬｕ等[４５]发现用锂处理ＣＯＰ￣１(图１１)ꎬ生成的羧酸锂有利于二氧化碳的吸附ꎮ同时ꎬＣＯＰ￣１在２９８Ｋ和１ ８ＭＰａ压力下ꎬ对甲烷的吸附量为２９ｍｇ/ｇꎮ锂处理后ꎬ吸附量提高为３９ｍｇ/ｇꎮ但相比于金属有机框架材料(ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ)ꎬＣＭＰｓ对甲烷的吸附量仍较低[４６]ꎮ图１１㊀ＣＯＰ￣１的合成方法及其后锂化处理[４５]Ｆｉｇ １１㊀Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｌｉｔｈｉｕｍ￣ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＣＯＰ￣１[４５]气体选择性对ＣＭＰｓ的吸附也是一个重要的参数ꎮ比如ꎬ氮元素的引入有利于提高二氧化碳吸附性能以及对氮气的选择性ꎮ作者课题组[１４ꎬ１５]通过Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ反应制备了含大量氮元素的ＣＭＰｓꎬ在２７３Ｋ㊁０ １ＭＰａ下二氧化碳吸附量为６ ５％ꎬ对氮气的选择吸附性系数为３５~１０５ꎮＱｉｎ等[４７]报道了一系列噻吩基共轭微孔聚合物ＳＣＭＰｓ(图１２)ꎮＳＣＭＰ￣ＣＯＯＨ＠１的比表面积可达９１１ｍ２/ｇꎬ在３１８Ｋ和６ＭＰａ的条件下ꎬ其二氧化碳吸附量高达８１７ｍｇ/ｇꎮ此外ꎬ相对于氮气和甲烷而言ꎬＳＣＭＰｓ对二氧化碳具有良好的吸附选择性ꎮ０７３㊀第４期胡孝文等:共轭微孔聚合物的制备及应用研究进展图１２㊀ＳＣＭＰｓ的合成方法[４７]Ｆｉｇ １２㊀ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＳＣＭＰｓ[４７]㊀㊀除气体吸附外ꎬＣＭＰｓ还可以有效地吸附有毒化学物质㊁有机溶剂㊁染料等ꎮ在其骨架中引入疏水基团ꎬ如氟等ꎬ可增加多孔材料的疏水性ꎬ用于油水分离[４８]ꎮ同样ꎬ引入亲水基团可增加其亲水性ꎮＣｏｏｐｅｒ等[４９]利用Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ反应ꎬ改变溴代芳烃上的官能团从而得到不同骨架ＣＭＰｓ(图１３)ꎮ当吸附甲基橙染料时ꎬ只有ＣＭＰ的骨架中含有羟基ꎬ才能对甲基橙进行有效吸附ꎮ图１３㊀不同官能团修饰ＣＭＰｓ的合成方法[４９]Ｆｉｇ １３㊀ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣＭＰｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ[４９]3 2㊀异相催化由于ＣＭＰｓ在分子层次上具有可设计性ꎬ因此可以将不同的官能团修饰在ＣＭＰｓ骨架中ꎬ从而形成一些内在的催化位点ꎮ同时ꎬ充分利用其多孔特性和共轭骨架ꎬＣＭＰｓ可以作为小型纳米反应器ꎮＪｉａｎｇ等[５０]将金属卟啉作为其中一个结构单元进行Ｓｕｚｕｋｉ偶联反应ꎬ得到ＦｅＰ￣ＣＭＰｓ(图１４)ꎮ之后将ＦｅＰ￣ＣＭＰｓ作为催化剂ꎬ催化反式二苯乙烯进行环氧化反应ꎬ其高比表面积和足够的反应活性位点保证了良好的反应活性ꎬ催化反应转化率为９７％ꎬ转换数高达９７３２０ꎮ同时ꎬＦｅＰ￣ＣＭＰｓ可以重复回收利用ꎬ催化性能没有减弱ꎮ图１４㊀ＦｅＰ￣ＣＭＰｓ的合成方法[５０]Ｆｉｇ １４㊀ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＦｅＰ￣ＣＭＰｓ[５０]Ｄｅｎｇ等[５１]在设计ＣＭＰｓ时ꎬ利用氮氧元素的配位作用ꎬ在ＣＭＰｓ中引入Ｃｏ和Ａｌ金属元素ꎬ其中Ｃｏ￣ＣＭＰ㊁Ａｌ￣ＣＭＰ和ＣＭＰ的比表面积分别为９６５㊁７９８和７７２ｍ２/ｇꎬ金属元素的引入可略微提高比表面积和二氧化碳吸附能力ꎮ配位Ｃｏ和Ａｌ可作为高活性催化位点ꎬ实现室温条件下二氧化碳和环氧丙烷转换为碳酸丙烯酯ꎮＴｈｏｍａｓ等[５２]在ＣＴＦｓ中引入吡啶氮ꎬ与三嗪环中氮和铂一起进行配位ꎬ作为固体催化剂ꎬ催化甲烷生成甲醇ꎮ作者课题组[５３]在类聚苯胺ＮＣＭＰｓ上负载氯化钯ꎬ利用其自身还原性制备钯纳米颗粒负载的聚合物异相催化剂ꎬ表现出优异的Ｓｕｚｕｋｉ催化活性和循环稳定性ꎮ另外ꎬＣａｏ等[５４]设计了一种具有氰基和吡啶基孔功能的ＣＭＰｓ材料ꎮ该种ＣＭＰｓ材料可以作为一种有效的载体和约束材料ꎬ用于超细银纳米粒子的固定ꎮ得到的Ａｇ０＠ＣＭＰ复合材料可以作为室温下还原硝基苯酚的优良催化剂ꎬ并具有恢复方便㊁可重用性好等特点ꎮ3 3㊀电化学能源存储通过合理的分子设计ꎬ可以使ＣＭＰｓ具备高比表面积和强氧化还原性ꎬ用于电化学储能ꎮＪｉａｎｇ等[５５]通过Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ偶联反应制备出用于锂离子电池的正极材料ＨＡＴＮ￣ＣＭＰ(图１５)ꎮＨＡＴＮ￣ＣＭＰ自身的氧化还原特性和连通的孔结构有利于锂离子的传输和电子转移ꎮ１７３中国材料进展第３８卷图１５㊀ＨＡＴＮ￣ＣＭＰ合成和基本孔结构的示意图(ａ)ꎬＨＡＴＮ￣ＣＭＰ电极和所构建的锂电池照片(ｂ)[５５]Ｆｉｇ １５㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＨＡＴＮ￣ＣＭＰａｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ(ａ)ꎬｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｆＨＡＴＮ￣ＣＭＰｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｎｄｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓｔｈｕｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ(ｂ)[５５]Ｈｕａｎｇ等[５６]通过一系列的分子合成及设计ꎬ制备了亚胺基ＴＡＴ￣ＣＭＰ￣１和ＴＡＴ￣ＣＭＰ￣２ꎬ用于超级电容器的电极材料ꎮ其中ＴＡＴ￣ＣＭＰ￣２显示出更好的电化学性能ꎬ在１Ａ/ｇ的电流密度下ꎬ电容量为１８３Ｆ/ｇꎬ在１０Ａ/ｇ的电流密度下循环１００００圈ꎬ电容保持率仍有９５％ꎬ表现出极好的稳定性能ꎮＺｈａｎｇ等[５７]报道了一种具有优异电化学性能的含噻吩共轭微孔聚合物(ＣＭＰｓ)在ＬｉＢＳ中的结构设计策略ꎮ具有交联结构和高比表面积(９１１ｍ２/ｇ)的聚(３ꎬ３ᶄ￣联噻吩)全噻吩基聚合物具有良好的倍率性能和循环稳定性ꎬ在４５ｍＡ/ｇ的电流密度下放电容量高达１２１５ｍＡｈ/ｇꎬ并且在０ ５Ａ/ｇ的电流密度下循环１０００次之后仍能保持６６３ｍＡｈ/ｇ的电容量ꎬ为高性能ＬｉＢＳ正极材料的合理设计提供了基础ꎮ作者课题组[５８]通过Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联的方法ꎬ将２ꎬ６￣二氨基蒽醌分别和不同芳基溴化物合成了一系列聚氨基蒽醌(ＰＡＱ)网络ꎮ由于富含氮㊁氧元素(总质量分数为２０％)和较高的比表面积(６００ｍ２/ｇ)以及强的氧化还原活性ꎬＰＡＱ在１Ａ/ｇ的电流密度下在０ ５ｍｏｌ/Ｌ的Ｈ２ＳＯ４中表现出５７６Ｆ/ｇ的三电极电容特性ꎬ在２Ａ/ｇ的电流密度下循环６０００次之后仍能保持８０％~８５％的电容和接近１００％的库仑效率(９５％~９８％)ꎮ由ＰＡＱ组装的不对称双电极超级电容器在工作电位窗口宽度为０~１ ６Ｖ时ꎬ比电容为１６８Ｆ/ｇꎬ功率密度为１３００Ｗ/ｋｇꎬ能量密度为６０Ｗｈ/ｋｇꎮ此外ꎬ电容经历２０００次循环后库仑效率高达９７％ꎬ可以保留９５ ５％的初始电容ꎮ基于此ꎬＢａｎｄｙｏ￣ｐａｄｈｙａｙ等[５９]采用芘与１ꎬ４￣苯二胺或４ꎬ４ᶄ￣二氨基联苯Ｂｕｃｈｗａｌｄ￣Ｈａｒｔｗｉｇ偶联ꎬ形成了共轭微孔聚合物网络ＰＹＤＡ和ＰＹＢＤＡꎮ其中ꎬＰＹＢＤＡ具有较好的超级电容器性能ꎬ在０ ５Ａ/ｇ电流密度下ꎬ在２ｍｏｌ/Ｌ的Ｈ２ＳＯ４中表现出具有４５６Ｆ/ｇ的三电极比电容ꎬ同时在１００ｍＶ/ｓ扫描速率下ꎬ经过２０００次循环ꎬ电容保持率为１００％ꎮ此外ꎬ共轭微孔聚合物是优良的炭前驱体ꎬ高温碳化后能保持高炭产率和良好的孔道结构ꎬ在电化学能量转换方面应用潜力巨大[６０]ꎮ3 4㊀发光器件π￣π共轭体系和３Ｄ骨架使ＣＭＰｓ具备荧光特性ꎮＣｏｏｐｅｒ等[６１]通过调控结构单元的组成ꎬ制备了一系列不同能隙的ＹＰｙ￣ＣＭＰꎬＹＰｙ(１ ８４ｅＶ)㊁ＹＤＰＰｙ(１ ９０ｅＶ)㊁ＹＤＢＰｙ(２ ０５ｅＶ)和ＳＤＢＰｙ(２ ３７ｅＶ)ꎬ能隙的不同也使这些材料有不同的荧光特性ꎬ比如ＹＤＰＰｙ在６０２ｎｍ处显示橘色荧光ꎬＹＤＢＰｙ在５４５和５８２ｎｍ处显示绿色荧光ꎮ同样ꎬ通过调控结构单元ꎬ螺二芴基ＣＭＰｓ也有类似的可调荧光性能ꎮＪｉａｎｇ等[６２]制备出核壳结构的ＣＭＰｓ调控其荧光特性ꎬ为ＣＭＰｓ在该领域的应用提供了新的合成策略ꎮ3 5㊀光催化析氢利用太阳能光催化分解水产生氢气和氧气是生产氢气的一种有效途经ꎮＣＭＰｓ作为一种半导体材料ꎬ具有结构可控性和独特的光吸收特性ꎮＣｏｏｐｅｒ等[６３]利用Ｓｕｚｕｋｉ偶联ꎬ调控ＣＰ￣ＣＭＰ中的结构单元ꎬ实现了ＣＰ￣ＣＭＰ光学带隙在１ ９４~２ ９５ｅＶ的精确调控ꎬ特殊单体的组成可赋予ＣＰ￣ＣＭＰ有效的光催化析氢效果ꎮ其研究为ＣＭＰ的应用提供了新的方向ꎮＸｕ等[６４]以铜盐为催化剂ꎬ在温和条件下通过Ｇｌａｓｅｒ偶联反应制备超薄聚合物纳米片ＰＴＥＰＢ和ＰＴＥＢꎬ其中ＰＴＥＰＢ和ＰＴＥＢ的光学带隙分别为２ ８和２ ９ｅＶꎬ均可吸收可见光ꎬ实现了可见光下的纯水分解ꎬ也证明了１ꎬ３￣二炔基团在调控催化剂电子结构和提供水分解反应的活性位点方面至关重要ꎮ此外ꎬＹｕ等[６５]发现联吡啶基团可通过提高ＣＭＰ可见光吸收㊁和水的浸润性和电荷分离ꎬ从而提高光催化析氢活性ꎬ同时催化剂中残余的钯也有利于光催化析氢ꎮＸｕ等[６６]通过调节芘与苯并噻二唑的比例ꎬ合成了一系列具有不同聚合物结构和组成的ＣＭＰｓꎮ研究表明ꎬＤ￣π￣Ａ分子结构㊁π交联剂种类㊁施主/受体比对提高光催化性能有重要作用ꎮ通常情况下ꎬＤ￣π￣Ａ聚合物比Ｄ￣Ａ和Ｄ￣π￣Ｄ聚合物具有更好的光催化性能ꎮ3 6㊀化学传感器利用其高比表面积和功能化特性ꎬＣＭＰｓ与目标化学物质发生相互作用ꎬ实现高灵敏度化学传感功能ꎮＪｉａｎｇ等[６７]首次报道了具备荧光传感功能的ＴＣＢ￣ＣＭＰꎮＴＣＢ￣ＣＭＰ在富电子的芳香类蒸气中具有明显的荧光增强现象ꎬ但在缺电子氛围下会出现荧光淬灭ꎬ在重复使用过２７３。

共轭聚合物的合成及性能研究共轭聚合物是一类具有高分子结构的材料，其分子结构中存在着一连串的共轭双键，这种结构使得共轭聚合物具有一系列优异的性能。

从材料科学的角度来看，共轭聚合物在光电器件、传感器、药物输送等领域具有广泛的应用前景。

因此，许多研究人员致力于共轭聚合物的合成及性能研究，旨在寻找更优异的共轭聚合物材料，以满足不同领域的需求。

共轭聚合物的合成是一个复杂而精细的过程。

通常情况下，共轭聚合物的合成可以通过热聚合、阳离子聚合、阴离子聚合等方式进行。

其中，热聚合是最为常见的方式，通过在适当条件下将含有双键的单体进行热反应，形成共轭结构。

此外，还可以通过催化剂的引入来促进聚合反应的进行，提高合成效率和产物质量。

然而，共轭聚合物的合成并不仅仅是简单的化学反应过程，更需要考虑材料的性能需求。

在合成共轭聚合物时，研究人员常常需要精确控制反应条件，以确保产物的结构和性能符合要求。

例如，通过合适的溶剂选择、反应温度控制、催化剂使用等手段，可以调控共轭聚合物的分子结构和链长，从而影响其光电性能、导电性能等方面的表现。

在共轭聚合物的性能研究中，光电性能是一个至关重要的指标。

共轭聚合物通常具有较宽的光谱吸收范围和高的吸收系数，适合用于光电器件的制备。

研究人员可以通过调控共轭聚合物的分子结构和取代基团，来改变其吸收光谱和光电转换效率。

此外，共轭聚合物还常常具有较好的荷移迁移性，有助于提高电荷载流子的迁移速度和电子传输效率。

除了光电性能，共轭聚合物的导电性能也是研究的重点之一。

共轭聚合物具有很高的载流子迁移率和导电性，适合用于制备柔性电子器件和传感器。

研究人员可以通过掺杂或引入掺杂物来调控共轭聚合物的导电性能，例如半导体性能、电阻率等参数。

此外，共轭聚合物还具有较好的机械性能和可塑性，适用于柔性材料的应用。

从合成到性能研究，共轭聚合物的研究领域涉及多个学科和领域，需要研究人员具备跨学科的知识和技能。

共轭聚合物的合成及性能研究既有基础研究的一面，也有应用研究的一面，需要研究人员在实验操作技能、数据解析能力、学科交叉融合等方面有较高水平。

有机半导体材料的合成及其在光电器件中的应用研究引言：随着科学技术的不断进步，有机半导体材料作为一种新兴的材料，其在光电器件中的应用越来越受到研究人员的关注。

有机半导体材料具有独特的电子结构和光电特性，使其成为光电器件领域的热门研究方向。

本文将探讨有机半导体材料的合成方法以及其在光电器件中的应用，并展望该领域的发展前景。

一、有机半导体材料的合成方法1. 共轭聚合物合成共轭聚合物是有机半导体材料中常用的一类材料。

其合成方法主要包括有机合成化学和高分子合成化学。

有机合成化学是通过有机反应合成单体，再进行聚合反应得到共轭聚合物。

高分子合成化学则是通过聚合物链延长的方法构建共轭聚合物。

这些方法可以合成出具有理想结构和光电性能的共轭聚合物。

2. 小分子有机半导体材料合成小分子有机半导体材料合成方法主要包括有机合成化学和物理化学方法。

例如，通过合成具有特殊结构的芳香有机分子来实现分子内或分子间的电子传输，从而得到高效的有机半导体材料。

物理化学方法包括溶液法、蒸发法和沉积法等，这些方法能够制备出高质量的小分子有机半导体材料。

二、有机半导体材料在光电器件中的应用1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是有机半导体材料在光电器件中的重要应用之一。

有机太阳能电池采用有机半导体材料作为光吸收层，通过光电转换将太阳能转化为电能。

有机半导体材料具有高度的光电转换效率和可调制性，能够实现低成本、灵活、轻薄等特点，为太阳能利用提供了新的可能。

2. 有机发光二极管（OLED）有机发光二极管是一种新型的光电器件，其主要利用有机半导体材料的发光特性来实现光的发射。

相比于传统的无机材料，有机发光二极管具有发光效率高、色彩丰富、可弯曲等优点。

具有广泛的应用前景，如平板显示器、手机屏幕等。

3. 有机光电传感器有机光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的光电器件，广泛应用于光电通信、光电测量等领域。

有机半导体材料作为光吸收层具有高单位吸光度和快速载流子传输特性，能够实现高灵敏度、宽光谱响应范围的光电传感器。

共轭微孔聚合物材料的研究进展共轭微孔聚合物是一类重要的有机功能材料，由于其高比表面积、高稳定性、可调控性和可增加的电子结构等特点，具有在吸附、分离、储氢、传感和电子器件等领域的广泛应用前景。

本文综述了共轭微孔聚合物的研究进展，涉及到合成方法、结构特征、物理性质和应用等方面。

合成方法在共轭微孔聚合物的合成中，通常采用二硫化碳法、静电吸附法、热处理法、溶剂热法以及溶剂蒸发法等多种方法。

其中，二硫化碳法是一种简单有效的合成方法，可以通过在碳源和硫源存在的条件下进行冰浴反应，合成出具有较高表面积和孔径大小的共轭微孔聚合物。

结构特征共轭微孔聚合物的结构特征主要包括微孔结构、孔径和表面积等方面。

其微孔结构是由聚合物的共轭系统和有机配体的协同作用形成的，这种协同作用在共轭微孔聚合物的孔径和表面积方面也发挥了重要作用。

此外，共轭微孔聚合物还具有良好的荷电传导性能和可控性。

物理性质共轭微孔聚合物具有较高的比表面积和微孔大小，能够大量吸附和存储气体分子、离子和小分子等，具有非常广泛的应用前景。

此外，由于共轭微孔聚合物的重复单元间具有大量的跨链和顺序效应，因此它们在分子催化、药物传递和电子输运等过程中具有较高的效率和可控性。

应用共轭微孔聚合物有着广泛的应用前景，可以应用于气体分离、氢气储存和催化反应等领域。

在气体分离方面，共轭微孔聚合物具有高效的选择性，能够选择性吸附和分离二氧化碳、氧气、氮气、乙烯和丙烯等气体。

在氢气储存方面，共轭微孔聚合物可以形成高度有序的氢储存结构，能够高效储存氢气分子。

在催化反应方面，共轭微孔聚合物能够提供高度定向的反应中心，提高反应速率和精度。

总结共轭微孔聚合物是一类具有广泛应用前景的有机功能材料。

其合成方法、结构特征、物理性质和应用等方面已被广泛探究，研究进展迅速。

虽然共轭微孔聚合物在应用中还存在许多挑战和问题，但在未来的研究和开发中，它们将具有更加广泛的应用前景和应用价值。

功能共轭聚合物的设计、合成及其性能的开题报告题目：功能共轭聚合物的设计、合成及其性能摘要：随着科学技术和社会发展的不断推进，功能化材料的研究与应用备受关注。

功能共轭聚合物以其优良的电学、光学等特性而备受瞩目。

本文将探讨功能共轭聚合物的设计原则、合成方法以及物性表征等方面的研究。

通过对近年来的研究进展进行总结和分析，希望能够为功能共轭聚合物领域的研究提供一定的参考和借鉴。

关键词：功能共轭聚合物；设计；合成；性能一、引言共轭聚合物是一种具有良好导电、导热和光学性质的材料，其应用广泛涉及电子器件、光电器件等领域。

随着功能性材料的快速发展，功能性共轭聚合物成为一个备受关注的研究领域。

功能性共轭聚合物具有光电响应性、生物兼容性、溶解性等特性，这些特性使其被广泛应用于生物医学、能源存储和传输等领域。

二、功能共轭聚合物的设计原则功能共轭聚合物的设计可以通过三个方便进行：构建共轭结构、引入功能基团和设计拓扑结构。

首先，构建共轭结构是实现功能共轭聚合物的基础。

共轭结构的形成能够增加聚合物的π电子共轭特性，从而提高载流子的传输能力。

其次，在接入功能基团的过程中，诸如有机官氟、氨基、硫醇等基团可以为共轭聚合物注入特殊性质，如光学性质、电化学反应性等。

最后，设计拓扑结构可以通过构建不同的结构体系实现聚合物的性质调控，例如呈现结构开放或保持紧密排列，可以调控其光电性质或制备高分子胶体。

三、功能共轭聚合物的合成方法功能共轭聚合物的合成可以分为两种方法：（1）有机合成法和（2）共聚合成法。

有机合成法是通过单体的有机合成反应合成功能共轭聚合物，其中包括环化反应、金属催化反应、自由基聚合化反应等反应。

共聚合成法可以由两种或更多的单体反应合成共轭聚合物。

常用的共聚合成方法包括悬浮聚合和原子转移自由基聚合等。

四、功能共轭聚合物的性能研究功能共轭聚合物的性能研究可以从其结构、光电性质等方面进行。

支持可见-近红外吸收能力是许多聚合物电子器件应用中关键的特性，很多功能聚合物能够通过设计其分子结构来调控光电性质而实现高光电性，这可以通过光学研究得出结论。

共轭聚合物的有机合成与电子性质研究近年来，随着科技的不断发展和需求的不断增加，作为一种具有优异电子性质的新型材料，共轭聚合物受到了广泛的关注和研究。

共轭聚合物具有良好的导电性、光学性能和稳定性，被广泛应用于有机电子器件、太阳能电池、光电传感器等领域。

本文将重点探讨共轭聚合物的有机合成和电子性质研究，并介绍一些常见的共轭聚合物及其应用。

一、共轭聚合物的有机合成共轭聚合物广泛应用于有机电子器件的关键在于其合成方法。

常见的合成方法包括聚合反应、化学还原法和溶液聚合法等。

其中，聚合反应是最常用的方法之一。

聚合反应通常通过引入共轭体的单体，利用引发剂或催化剂进行聚合反应，合成出具有连续π电子共轭结构的聚合物。

这种方法合成的共轭聚合物具有较高的分子量，化学稳定性好，且易于控制结构单一性。

除了聚合反应，化学还原法也是一种合成共轭聚合物的常用方法。

该方法通过还原反应将有机小分子转化为共轭聚合物，常用的还原剂有金属钠、锂铝氢化物等。

这种方法操作简便，适用于制备高分子量的共轭聚合物。

溶液聚合法是一种将有机单体分散于溶剂中，在合适的条件下使其发生聚合反应的方法。

该方法具有溶液中反应活性高、反应温度低、反应时间短的特点。

通过溶液聚合法合成的共轭聚合物分子量相对较小，但结构较为均一。

二、共轭聚合物的电子性质研究共轭聚合物具有优越的电子性质，是由于其分子内存在着连续的π电子共轭结构。

这种共轭结构使得共轭聚合物在外加电场的作用下，能有效传递电子和能量，在有机光电器件中发挥重要作用。

因此，对共轭聚合物的电子性质进行深入研究，对于提高其性能和应用具有重要意义。

共轭聚合物的电子性质主要研究其吸收光谱和发射光谱。

吸收光谱能够提供共轭聚合物的能带结构信息，通过调控共轭聚合物的能带结构，可以改变其光电性能。

而发射光谱则能反映共轭聚合物的能量损失和能量传递过程。

通过对共轭聚合物发射光谱的研究，可以了解其能量转化和传输的机理，为进一步优化其性能提供依据。

共轭聚合物的合成与光电性能研究共轭聚合物（Conjugated Polymers）是一类重要的有机电子材料，由共轭键连接的重复单元组成。

它们因其优异的光电性能在有机光电子学、有机电子学和柔性电子学等领域具有广泛的应用前景。

本文将围绕共轭聚合物的合成及其光电性能进行深入研究。

一、共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法多种多样，包括常见的聚合、重排、交联、自由基反应等。

以下就其中的两种常见合成方法进行介绍。

1. 聚合反应合成聚合反应是合成共轭聚合物常用的方法之一。

通过将含有活性单体的溶液加入到反应体系中，在引发剂的作用下，单体发生聚合反应，形成共轭聚合物。

该方法具有反应条件温和、反应时间短等优点。

例如，聚噻吩的合成可以通过将噻吩单体与硫酰氯反应得到。

2. 交联反应合成交联反应是另一种常用的共轭聚合物合成方法。

通过在含有双官能团单体的溶液中添加交联剂，进行交联反应，形成共轭聚合物。

交联反应不仅可以改变共轭聚合物的物理、化学性质，还可以提高其稳定性和机械性能。

例如，聚苯胺可以通过在苯胺单体中加入氧化剂进行氧化聚合反应，形成交联的聚苯胺。

二、共轭聚合物的光电性能研究共轭聚合物的光电性能对于其在光电子学领域的应用至关重要。

下面将从吸收光谱、发射光谱和载流子传输性能等方面对共轭聚合物的光电性能进行研究。

1. 吸收光谱共轭聚合物的吸收光谱是研究其光电性能的重要手段之一。

通过紫外可见吸收光谱可以了解聚合物分子的共轭程度和最大吸收波长。

吸收光谱的波长范围通常在200 nm到800 nm之间，不同波长的吸收峰对应着不同共轭聚合物的能带结构。

2. 发射光谱共轭聚合物的发射光谱可用于研究其荧光强度和荧光波长。

荧光强度与共轭聚合物的共轭程度、聚合度以及电子云的扩散程度有关。

发射光谱的波长范围通常在300 nm到900 nm之间。

3. 载流子传输性能共轭聚合物具有良好的载流子传输性能，这使得它们在有机电子学领域中成为理想的电子传输材料。

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共轭聚合物半导体光催化材料的研制及构效关系研究一、引言半导体光催化材料作为一种具有巨大应用潜力的材料，在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用价值。

共轭聚合物作为一类具有优异光催化性能的半导体材料，受到了广泛关注。

二、共轭聚合物半导体光催化材料的研制1.共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法主要包括有机合成方法、自组装方法和生物合成方法。

2.共轭聚合物半导体的制备技术共轭聚合物半导体的制备技术包括溶液法、旋涂法、真空蒸发法、溅射法等。

3.光催化性能表征技术光催化性能的表征技术包括光电化学法、荧光光谱法、光致发光法等。

三、构效关系研究1.共轭聚合物的结构与光催化性能之间的关系共轭聚合物的结构对其光催化性能具有重要的影响，如共轭程度、材料的能带结构、电子传输性能等。

2.共轭聚合物半导体的表面修饰表面修饰能够有效地提高共轭聚合物的光催化性能，包括构建异质结、表面修饰、载体修饰等。

3.共轭聚合物半导体的载体材料不同的载体材料对共轭聚合物半导体的光催化性能有着显著的影响，如二维纳米材料、碳基材料等。

四、应用前景与挑战1.应用前景共轭聚合物半导体光催化材料在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用前景。

2.技术挑战当前共轭聚合物半导体光催化材料还面临着光吸收效率低、电子传输效率低、稳定性差等技术挑战，需要进一步加强研究。

五、结论与展望共轭聚合物半导体光催化材料具有巨大的应用潜力，研究共轭聚合物的合成方法、制备技术以及构效关系对提高材料的光催化性能具有重要意义。

未来还需要加强在材料结构设计、表面修饰、载体材料选用等方面的研究，以进一步提高共轭聚合物半导体光催化材料的性能，推动其在环境和能源领域的广泛应用。

共轭聚合物的合成及光电性能研究共轭聚合物是一类具有特殊结构和性质的高分子材料，具有良好的电导性和光电转换性能，近年来备受研究者的关注。

本文将着重介绍共轭聚合物的合成方法以及其在光电器件中的应用。

一、共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法多种多样，其中最常用的方法是通过类似于传统高分子聚合反应的方法进行合成，例如有机合成中的Michael加成反应、Stille反应以及Grignard反应等。

这些合成方法具有简单、高效的特点，能够在较短时间内制备出高分子量的共轭聚合物。

另外，还有一些特殊的合成方法被用于制备具有特殊结构和性质的共轭聚合物。

例如，通过采用共价键连接的方法，可以将不同的单体单元连接在一起形成具有复杂结构的共轭聚合物。

此外，还可以利用自组装技术制备具有特殊形貌和功能的共轭聚合物。

二、共轭聚合物的光电转换性能共轭聚合物具有优异的光电转换性能，主要体现在光电导和光电转换两个方面。

在光电导方面，共轭聚合物的π电子共轭结构赋予其良好的电导性能。

通过合理调控共轭聚合物的化学结构，可以使其具有不同的电导率和导电类型。

例如，将共轭聚合物与电子受体或供体分子进行共价连接，可以改变其导电性能，并制备出具有高导电性能的共轭聚合物。

在光电转换方面，共轭聚合物的π电子共轭结构使其能够吸收和发射光线。

通过合适的共轭聚合物材料的设计和调控，可以制备出具有不同波长范围吸收和发射光线的材料。

这为共轭聚合物在光电器件中的应用提供了广阔的空间。

例如，共轭聚合物可以被用作有机太阳能电池材料，通过吸收光子并将其转化为电子，实现光电能的转换。

此外，共轭聚合物还可以用于有机光电器件、光电阻器件等领域。

三、共轭聚合物在光电器件中的应用共轭聚合物由于其良好的光电性能和可调性，被广泛应用于光电器件中。

1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是一种基于共轭聚合物的光电器件，通过共轭聚合物材料的吸光和电荷传输来实现光电能的转换。

具有高效率的光吸收和电荷分离特性，可以用于制备柔性、轻薄、可弯曲的太阳能电池。