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祝贺付浩熹和张志豪等发表JMCA文章!


北京理工大学材料学院的黄木华课题组长期以来关注功能性多孔有机聚合物的制备。2016年,该小组利用邻位硝基对C-Br键的活化,实现了Cu粉催化的Ullmann偶联反应制备硝基功能化的有机多孔材料NO2-PAF-1(Polym. Chem., 2016, 7, 770)。之后,该小组通过咪唑盐正离子与三聚氰酸阴离子之间的静电相互作用构筑超分子离子骨架材料SPIN-1(RSC Adv., 2015, 5, 64478; RSC Adv., 2016, 6, 49101)。2018年,该小组利用NaBH4介导的还原偶联反应,快速制备了偶氮键链接的有机多孔聚合物材料Azo-POP-1、Azo-POP-2和Azo-POP-3(J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 5608)。2019年,该小组利用前功能化策略发展了Azo-POP-4、Azo-POP-5和Azo-POP-6,并将其应用于催化C-H活化氧化反应中(Chemistry of Materials, 2019, DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b00590) (SCI顶级期刊,影响因子10.2)上)。

最近,黄木华课题组利用重氮偶联反应,从具有扭曲构象的9,9-二(4-羟基苯基)芴和9,9-二(4-胺基苯基)芴单体出发,实现了偶氮键链接的线性可溶多孔有机聚合物材料Azo-POP-7的快速制备。

与文献报道过的Azo-POPs相比Azo-POP-7具有优异的溶解性。这是Azo-POP-7的分子链具有扭曲构象,能够防止分子链间的紧密堆积,从而提高聚合物在有机溶剂中的溶解性。

Azo-POP-7的结构得到了固体核磁碳谱,溶液核磁氢谱,紫外-可见光谱,红外,元素分析等多种分析手段的联合验证。通过凝胶渗透色谱(GPC)和二维扩散排序核磁共振谱(2D 1H DOSY-NMR)得到了Azo-POP-7的分子量信息,其重均分子量在7600左右。经过优化条件,Azo-POP-7的BET比表面积可以达到364m2·g-1,平均孔径为19.38nm,孔容为1.76cm3·g-1。

通过“异相反应均相化”的策略,该工作利用可溶性的多孔有机聚合物Azo-POP-7负载贵金属钯,得到了分布均一,尺寸极小的纳米钯颗粒(< 2nm)。同时,负载金属钯后的Pd@Azo-POP-7仍能保持优异的溶解性,并用于有机/水两相催化。

利用有机/水两相法催化还原4-硝基苯酚,具有反应高效,催化剂回收简单,可重复使用等特点。利用紫外-可见光吸收光谱对催化反应进行跟踪和动力学研究,发现Pd@Azo-POP-7作为催化剂时,反应的速率常数高达4.95×10?2 s?1,是目前报道的最高值。这是因为Pd@Azo-POP-7上的Pd纳米颗粒具有均一而极小的尺寸(< 2nm)。

Pd@Azo-POP-7具有优异的循环催化性能。在相同的反应条件下,以醋酸钯作为反应的催化剂,只能进行3次循环催化。而以Pd@Azo-POP-7作为催化剂时,可以进行12次以上的循环催化。这是因为Azo-POP-7的羟基偶氮官能团与金属钯间存在强的相互作用,能够防止钯的流失。该工作为制备可溶性多孔有机聚合物材料提供了新的思路,拓展了多孔有机聚合物在两相催化中的应用。

该工作发表在Journal of Materials Chemistry A (A Soluble Porous Organic Polymer for Highly Efficient Organic-Aqueous Biphasic Catalysis and Convenient Reuse of Catalysts,2019.7(25):p. 15048-15053.DOI: 10.1039/C9TA04594E)(SCI顶级期刊,影响因子10.73)上。研究生付浩熹为该论文的第一作者,本科生张志豪为该论文的第二作者,黄木华研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(No. 21772013)、北京市自然科学基金(No. 2162039)以及中央高校基本科研业务费专项基金的大力资助。同时,该工作也得到了材料学院先进材料实验中心的大力支持。

原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C9TA04594E#!divAbstract