多孔超交联聚合物固载离子液体催化二氧化碳环加成反应的研究进展

CO₂是一种主要的温室气体,以CO₂为原料与环氧化物发生环加成反应可以制备各种环状碳酸酯,是一种绿色可行的CO₂捕集及利用途径。多孔超交联聚合物固载离子液体（hypercrosslinked polymers immobilized ionic liquids,HCP-ILs）催化CO₂环加成反应具有无需溶剂、金属和助催化剂等优点。本文对其近年来的最新研究进展进行了综述,总结了离子单体自聚/共聚或交联法、离子与交联一步法以及交联后修饰法三种制备超交联聚合物固载离子液体方法的特点,分析了目前还存在离子密度偏低、催化效率不够高以及制备成本偏高等不利于“CO₂化工”应用的问题,并指出为实现在常压下快速催化CO₂与环氧化物的环加成反应,应从提高离子密度、调控表面活化功能基团和离子微环境以及降低制备成本等方向加强理论研究和技术攻关。     

聚离子液体二氧化碳分离膜材料的研究进展

近年来,全球二氧化碳排放超过370亿吨/年,对气候和自然环境造成严重影响,亟需发展碳捕集、利用与封存技术。气体膜分离是一种条件温和、操作简单的无相变分离技术,随着高渗透性、高选择性膜材料的不断涌现,逐渐成为全球碳捕集技术的主要发展方向。聚离子液体膜材料中含有大量高度亲和二氧化碳的功能基团,有望实现超高渗透选择性,被誉为下一代气体分离膜材料。综述了聚离子液体膜材料的研究进展,以渗透机制为主线重点介绍了面向碳捕集的阳离子型聚离子液体膜材料(主链型和支链型)的设计合成,包括阳离子和阴离子基团的选择,合成途径的选择,以及聚离子液体膜的结构设计优化。讨论了聚离子液体作为二氧化碳分离膜材料的优势和面临的挑战。     

多孔液体设计制备及性能分析研究进展

多孔液体（porous liquids,PLs）作为一种新型材料,由于兼具固体多孔性和液体流动性,在催化、储能、石油化工、光电材料、气体吸附分离、气体储运、生物医药等领域具有广泛的应用前景。但多孔液体制备过程中存在合成路线复杂、有机溶剂挥发、液体黏度大、久置沉淀等问题,制约了多孔液体的进一步发展与应用。本文围绕多孔液体的设计制备过程中存在的可行性、稳定性、流动性及碳捕集性能等问题,阐述了多孔液体的种类,综述了近年来多孔液体制备方法和流程以及多孔液体内核外冠结构对稳定性、流动性的影响,概述了目前多孔液体在碳捕集方面的研究进展。最后对多孔液体在制备合成方面的挑战进行了归纳总结,在气体吸附分离及其他方面的应用进行了展望。     

多孔聚合物材料捕集和催化CO_2转化研究获进展

正CO_2是主要的温室气体,同时也是廉价、丰富的C1资源,CO_2的捕集和化学转化具有重要意义。多孔聚合物材料因其结构、功能的可设计性,在气体吸附分离、化学催化等领域显示出广阔的应用前景,为CO_2的捕集和催化转化提供了发展契机。在国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下,中科院化学研究所胶体、界面与化学热力学重点实验室刘志敏课题组科研人员在多孔聚合物材料设计合成及其捕集和催化CO_2转化方面开展了系统研究,取得新进展。     

基于全球专利信息的离子液体领域发展态势分析

当前世界各国对环境保护和绿色发展的重视程度日益提升,离子液体因其优良的理化性能和可设计性,在能源、材料以及环境等众多领域展现出广阔的应用前景。基于全球专利信息,对离子液体领域三类热点应用,包括CO2捕集及利用、电化学储能和生物质转化利用的全球专利申请趋势、申请地域、重要专利权人、重点技术等情况进行国内外的比较研究。研究结果表明,离子液体技术分类布局广泛,尤其是催化分离的相关专利充足。中国在离子液体领域的专利申请量多,但专利权人以高校或科研机构为主,专利转化应用和保护力度不足。因此建议中国离子液体领域加强科研机构与新型能源/环保科技公司合作,向动力电池、碳捕集、生物基材料、废水处理、空气净化等方面开展转化和深度应用。     

胆碱类低共融溶剂在CO_2捕集与分离中的应用

胆碱类低共融溶剂是一种新型的离子液体。它不仅具有传统离子液体的优点,还具有价格低廉、低毒、生物可降解等优势。对胆碱类低共融溶剂在CO2捕集与分离中所涉及的物理性质,如气体的溶解度、CO2的吸收-解吸、密度、稳定性、黏度和表面张力等进行考察,并分析了胆碱类低共融溶剂的结构对各物性的影响。通过与传统离子液体的对比,胆碱类低共融溶剂在CO2捕集与分离中的应用具有一定的优势,如CO2溶解度高,黏度低。然而,胆碱类低共融溶剂在气体的选择性分离、表面张力等的研究还不足,且热稳定性方面还存在瓶颈,因此,其在CO2捕集和分离中的应用还有待进一步探讨。     

分子筛材料制备及应用研究进展

分子筛是一类具有独特孔道结构的硅铝酸盐晶体,其具有比表面积大、催化性能好、孔道选择性高、热稳定性好等特点。此外,还有多种后处理方法可以对分子筛进行改性,从而扩大其应用范围。概述了分子筛的种类、用途以及改性方法,介绍了分子筛的各种制备方法,包括水热合成、气相转移、离子热合成、干粉体系合成法等,并对分子筛在环境保护、农业、生物医药、新型功能材料等领域的应用进行了综述。     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

CO2捕集溶剂吸收法的研究进展

针对最主要的CO₂捕集方法溶剂吸收法，系统梳理了吸收剂有机胺、离子液体、低共熔溶剂以及相变溶剂在碳捕集领域的技术发展历程和现状，并分析了相关技术的发展趋势。目前溶剂吸收法主要以有机胺为主，但仍面临能耗和降解率高等问题，新型胺液溶剂的开发和应用还需时间验证。离子液体、低共熔溶剂和相变溶剂尽管具有替代有机胺捕集CO₂的潜力，但受成本和溶剂黏度的限制，依然面临着较多的技术挑战。因此，溶剂吸收法捕集CO₂技术开发仍有很大的提升空间。     

胆碱类低共融溶剂在CO2捕集与分离中的应用

胆碱类低共融溶剂是一种新型的离子液体。它不仅具有传统离子液体的优点,还具有价格低廉、低毒、生物可降解等优势。对胆碱类低共融溶剂在CO₂捕集与分离中所涉及的物理性质,如气体的溶解度、CO₂的吸收-解吸、密度、稳定性、黏度和表面张力等进行考察,并分析了胆碱类低共融溶剂的结构对各物性的影响。通过与传统离子液体的对比,胆碱类低共融溶剂在CO₂捕集与分离中的应用具有一定的优势,如CO₂溶解度高,黏度低。然而,胆碱类低共融溶剂在气体的选择性分离、表面张力等的研究还不足,且热稳定性方面还存在瓶颈,因此,其在CO₂捕集和分离中的应用还有待进一步探讨。     

多级孔COFs材料的设计、合成及应用

共价有机框架（covalent organic frameworks，COFs）是一类通过共价键连接有机构筑单元设计组装而成的具有周期性二维（2D）或三维（3D）网状结构的多孔有机聚合物，具有高比表面积、低密度、高度有序的周期性结构和易于功能化等特点。与单一孔COFs相比，多级孔COFs具有分级的孔道结构、不同的孔环境、极易接近的活性位、优异的传质和扩散性能，在气体分离和储存、环境治理、光电、生物医药、催化等领域具有更为广阔的应用前景。但由于多级孔COFs合成条件苛刻，其结构多样性仍然十分有限。本文从反应类型、设计策略、合成方法、功能化修饰、应用领域等方面系统地综述了多级孔COFs的研究进展，提出开发更多的单体、键合类型、拓扑结构，拓展更多的修饰手段，充分发挥多级孔结构优势的发展趋势。未来通过不断探索与研究，一定能开发出更多具有新的拓扑结构、不断提高的性能及更多新的应用的多级孔COFs材料，实现多级孔COFs快速、高效、低成本的加工成型，使其在能源、生物、环境、催化等领域发挥出不可替代的作用。     

离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

以多种氰基离子液体为前驱体，采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料，系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响，并研究其对CO2的吸附性能。结果表明，阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构，比表面积最高达732.6 m2/g，氮含量最高为9.9wt%，在温度25℃、压力1.8 MPa条件下，CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生，再生稳定性良好。     

多孔液体：合成与应用

多孔液体是一类具有永久孔隙的新兴液体材料,它将多孔材料优异的性能和液体的流动性结合在一起。具有永久空腔的造孔器（pore generator）,可以完全由无机砌块单元、有机配体和无机节点的组合单元或有机砌块单元构成。本文根据造孔器的结构综述了使用无机纳米材料、金属有机框架和多孔笼合成多孔液体的最新研究进展。文章指出作为新的研究领域,多孔液体化学正处于起步阶段,虽然面临着诸多挑战,但应用潜力巨大。目前在气体吸附、异构体识别、多孔液体膜的合成等方面都有研究,有望在气体捕捉和分离、催化、膜材料制备等领域得到应用。     

多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展

金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）是多孔材料领域的研究热点之一。MOFs具有高比表面积和孔道均一等特点,但微孔MOFs在大分子应用领域受到限制。本文介绍了延长配体法、模板剂法和聚合物法等多种制备多级孔MOFs的方法,合成后的多级孔MOFs兼具微孔、介孔和大孔,能够参与大分子反应,同时具有水热稳定性和化学稳定性,在催化、气体吸附分离、储能材料等诸多领域表现出优异性能。本文重点介绍了多级孔MOFs在生物医药领域的研究进展,结果表明多级孔MOFs是一种孔道可调节、可在特定条件下分解的生物相容性材料,用于固定化酶和负载医药分子均表现出良好性能。最后讨论了多级孔MOFs材料制备和应用目前存在的问题与挑战,展望了多级孔MOFs材料作为一类新型功能化多孔材料的应用前景。     

二维金属有机框架材料的制备及其应用

二维金属有机框架（MOFs）作为一类新型的二维多孔材料,具有厚度小、比表面积大、孔隙率高、可接触活性位点丰富等优点,在众多领域都具有研究和潜在的应用价值。本文简要综述了近年来二维MOFs的制备方法,包括“自上而下”和“自下而上”两种策略。自上而下法操作简单,有广泛的适用性;自下而上法可以通过控制实验条件在一定程度上实现对材料的可控制备。阐述了二维MOFs在电化学储能、催化、传感、气体分离等领域的应用研究。深层剖析了二维MOFs的特性对储能器件电化学性能以及反应催化活性的影响。此外,二维MOFs的高电导率和电荷转移率还促进了其在电化学传感器方面的发展;基于二维MOFs的分子筛膜也越来越受到研究人员的关注。最后指出了二维MOFs存在易团聚、厚度难以精确控制、制取成本较高、产率偏低等问题,提出了解决方案及其未来的发展方向。     

天然多糖微球的制备及功能应用

多糖微球不仅具有生物相容、无毒性、可再生等优点,还可以通过改性或者与其他功能组分巧妙结合赋予其更加多样化的功能,结合本身独特的3D球型多孔结构,多糖微球可以作为微反应器、微分离器、微结构单元等,应用涉及人们生活的方方面面。本文综述了近年来多糖微球功能材料的研究进展,首先介绍了以滴定法和乳化法及其衍生方法制备粒径均一多糖微球的进展,然后着重介绍了多糖微球的功能化构建策略及其在吸附分离、催化剂载体、组织工程与药物释放、能源转化与储存四个领域的应用进展,最后讨论了多糖微球功能材料在面向以上应用过程中仍然需要解决的关键科学问题,包括粒径均一多糖微球的规模化制备和多糖孔结构的可控制备。为今后高性能多糖微球材料的研制及应用提供有价值的参考和指导。     

介孔材料研究进展

介孔材料是指孔径为(2~50) nm的多孔材料,具有孔道结构规则有序、孔径分布窄、比表面积大和孔隙率高等特点,在催化、电、磁、传感器、纳米材料合成、光学器件和色谱载体等领域具有潜在的应用价值,是近年来国际上跨学科的研究热点。介孔材料的合成采用水热合成法,为液晶模板和协同自组装机理,在介孔材料中引入Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Mo、Nb、Ti、V和Zr等可提高反应活性和表面吸附能,主要应用于分离与吸附、光学以及作为催化剂使用。如何在保持介孔结构的基础上提高材料的结晶性及功能性,利用低成本模板剂制备结构稳定、高孔隙率和高比表面积的介孔材料已成为研究热点。     

废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展

分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物（VOCs）吸附、CO₂吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。