含开孔C60“纳米罐”、高吸附势能微孔聚合物用于气体存储、分离

This project plane to introduce open-cage fullerene C60 derivatives into the backbone of the networks to prepare a serises of microporous organic polymers. By Friedel-Crafts hyper cross-linking, rigid open-cage fullerene derivatives were introduced into the backbone of the microporous polymers, which will provide a nano-cage for Li+ ion doping and H2, CO2, CH4 storage. Before this application we we first using calculate model Amorphous Cell to construct the porosity networks with different C60 derivates, then using this model to calculate the gas adsorption isotherms at different press and temperature, the result show that open-cage C60 nano-pot will improve the gas storage of the target porosity polymers, which maybe a good ideal for small gas molecule capture and sequestration.

本申请拟通过化学手段，将富电子共轭体系的刚性C60球体开孔，得到不同孔洞大小的、中空“纳米罐”，用以“预装”碱金属锂离子，借助Friedel-Crafts反应共聚，将掺杂的“纳米罐”高密度的引入多孔聚合物骨架中，制备高BET面积、高吸附势能的有机微孔聚合物，用以气体的吸附存储。同时借助计算机Amorphous Cell进行建模，模拟含封闭、开孔、不同开孔大小的C60“纳米罐”多孔聚合物，并计算其在不同温度、压力下的气体存储能力，吸附模拟显示开孔C60“纳米罐”的引入可显著提高多孔聚合物的气体存储能力。

共轭微孔聚合物以及共价有机框架化合物通过刚性基团共价键连接，形成具有一定孔道结构的无规或者晶体聚合物，其拥有大的比表面积，可调的孔道结构，以及稳定的物理化学稳定性。单体结构以及有机合成方法的多样性，使得共轭微孔聚合物和共价有机框架化合物可根据用途预设合成结构，在气体存储、电化学催化转化、能源器件领域具有广阔的应用。具体工作简介：.(1)通过化学手段，将富电子共轭体系的刚性C60球体开孔，得到不同孔洞大小的、中空“纳米罐”，用以“预装”碱金属锂离子，借助Friedel-Crafts反应共聚，将掺杂的“纳米罐”高密度的引入多孔聚合物骨架中，制备高BET面积、高吸附势能的有机微孔聚合物，用以气体的吸附存储。(2)自剥离TpTG共价有机骨架纳米片作为人工SEI膜，对Li+和TFSI离子进行筛分与传递，调节电极界面的电荷分布。基于实验和计算研究，此工作得到以下几点结论:TpTG阳离子骨架的层间电荷斥力导致的自剥离有助于其在有机溶剂中均匀分散;TpTG中大量暴露的极性活性位点增强了对Li+的锚定与TFSI–的排斥，促进了界面均匀的单Li+层的形成，提高了Li+的迁移速率，降低了Li+沉积的成核势垒;通过DFT计算和实验研究，阐明了TpTG层选择性筛分离子的行为和溶剂化Li+的迁移路径。(3)构建高晶球形共价有机框架（S-COF）作为人造SEI膜的方法被用于调节LMA的界面稳定性。S-COF内部精确的几何构型和规整形貌的有序统一，使得Li+在均匀分布的三维球面中的1D孔道中能够均匀扩散。同时，通过固态核磁、傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算确定了S-COF骨架的亲锂配位功能，验证了通过促进LiTFSI的离子对解离达到Li+的均匀转移。此外，具有空间限域效应的刚性纳米通道也会抑制大规模锂的成核和枝晶形成。.