挥发性放射性核素碘，尤其是129I，由于其放射半衰期长达 1.57×107年，对环境和人体代谢过程具有严重危害。因此，设计高效的碘吸附材料是至关重要的。二维多孔聚合物由于具有大的比表面积、精确可控的结构以及丰富的活性位点等优点而得到科研界的广泛关注。近几十年来，研究者们利用“自下而上”界面法和“自上而下”剥离法合成了一系列二维多孔聚合物。这些二维多孔聚合物在气体捕获、表面催化、化学传感以及能源存储和转换等领域都表现出优异而独特的性能。然而，这些二维多孔聚合物的合成策略仍具有一些局限性。例如，界面法合成的二维多孔聚合物在与界面分离后，很难独立存在。另外，利用该方法制备二维多孔聚合物效率低，得到的量也很有限。剥离法的缺点是，该方法的构筑单元具有一定的局限性，而且获得的二维多孔聚合物容易堆叠，具有低的结构完整性，低的产率。此外，两种方法均很难对形貌进行调控。这些缺点很大程度上限制了二维多孔聚合物的合成与应用，因此探索一种简单的合成二维多孔聚合物的策略是十分必要的。
贾琼教授课题组发展了一种简单的溶剂诱导聚合策略合成二维多孔聚合物。通过对单体的结构进行设计，采用结构高度扭曲的含硫单体六（苄基硫代）苯，以降低层间的作用力，有利于形成二维聚合物。通过简单的溶剂诱导聚合策略，交联含硫单体和噻吩，形成具有大的比表面积（658 m2 g-1）和高的含硫量(9.69%）的超薄二维多孔聚合物纳米片（5 nm）。该方法相比于其他合成二维多孔聚合物的方法具有极高的产率（95%）。此外，该团队通过简单调节溶剂的含量可以实现纳米片到纳米管的转换。该项研究工作为合成二维多孔聚合物的设计提供了一种新的策略。
图1.溶剂诱导聚合策略合成HCP NSs 和HCP NTs的示意图
图2. HCP NSs的表征：a-c) TEM；g) AFM；h) 相应的高度剖面；i) TEM mapping；HCP NTs的表征：d-f) TEM
相比于聚合物纳米片，聚合物纳米管具有更大的比表面积（1150 m2 g-1）和含硫量（10.91%）。另外，在吸附过程中管状形貌有利于传质和运输。作为概念性的应用，我们研究了多孔聚合物纳米管对气态碘的吸附行为。结果表明，聚合物纳米管对气态碘的吸附量为270 wt%。此外该聚合物能够在60 min内达到碘吸附平衡，比绝大多数多孔有机聚合物吸附速率快。
图3. a) HCP NTs在75 °C对气态碘的吸附曲线图；b）不同多孔吸附剂单位小时碘吸附量
以上相关成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces上。论文的第一作者为吉林大学化学学院博士生李雪梅，通讯作者为贾琼教授。
论文链接：
“A Versatile Solvent-Induced Polymerization Strategy To Synthesize Free-Standing Porous Polymer Nanosheets and Nanotubes for Fast Iodine Capture”
