Сжимаемые и монолитные микропористые полимерные губки, приготовленные с помощью одного

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 15957 (2015) Цитировать эту статью

4780 Доступов

44 цитаты

Подробности о метриках

Сообщается о сжимаемых и монолитных микропористых полимерах (МП). МЧ получали в виде монолитов реакцией сочетания Соногаширы-Хагихары 1,3,5-триэтинилбензола (ТЭБ) с мономером бис(бромтиофена) (ПБТ-Br). Полимеры были обратимо сжимаемы и легко разрезались ножом на любую форму. Микроскопические исследования МП показали, что полимеры имеют трубчатую микроструктуру, напоминающую те, которые часто встречаются в морских губках. При сжатии с помощью оптического микроскопа наблюдалось упругое коробление пучков труб. МП-0,8, который был синтезирован с использованием мольного соотношения ПБТ-Br к ТЭБ 0,8:1, показал микропористость с площадью поверхности по БЭТ до 463 м2г–1. Полимер был очень гидрофобным, с углом контакта с водой 145° и поглощал органические жидкости в 7–17 раз больше собственного веса. Абсорбаты были высвобождены путем простого сжатия, что позволило использовать полимер для вторичной переработки. МП являются потенциальными предшественниками структурированных углеродных материалов; например, частично графитовый материал был получен пиролизом МП-0,8, который имел трубчатую структуру, аналогичную структуре МП-0,8.

Удивительная морфология морских губок вдохновила исследователей в области материаловедения. Клетки внешней поверхности губки имеют множество маленьких отверстий, называемых кожными порами, через которые внутри губки могут проходить большие объемы воды. Внутренние каналы также встречаются во внешних поверхностных клетках. Скелет губки состоит из коллагенов и неорганических компонентов, таких как кремнезем и карбонат кальция. Некоторые губки имеют коллагеновые волокна, образующие сетевую структуру, называемую спонгин1. Губчатые структуры были широко адаптированы для синтетических материалов и показали повышенные характеристики при их применении в различных областях, таких как наногенерация, катализ, суперемкость, фотоэлектрическая энергетика, доставка лекарств и создание тканей2,3,4,5,6,7,8 .

Как материал губка характеризуется пористостью, гибкостью и сжимаемостью. Губки с сетчатой ​​структурой губковых волокон, полученные от морских животных, с древнейших времен используются для удаления жидкостей путем всасывания. Существует также множество синтетических полимерных губок. Один из наиболее распространенных методов синтеза губок — это смешивание полимера с неорганическими кристаллами, такими как сульфат натрия, которые затем удаляются путем нагревания смеси для образования пор в полимерной матрице. Размер образующихся пор зависит от размера кристаллов, который обычно составляет от миллиметра до микрометра. Известно, что губки, приготовленные методом диффузии эмульсионного растворителя, имеют поры в диапазоне мезопор9. Полимерные губки на основе таких материалов, как хитозан10, меламин11, целлюлоза12 и полидиметилсилоксан13, были химически модифицированы, чтобы придать им свойства, подходящие для конкретных применений.

Недавно были предприняты попытки синтезировать губки с мелкими порами, используя подход «снизу вверх». Гуй и др. сообщили о губках на основе монолитных углеродных нанотрубок (УНТ) с использованием процесса химического осаждения из паровой фазы с использованием ферроцена и 1,2-дихлорбензола в качестве предшественника катализатора и источника углерода соответственно14. Эти губки из УНТ имели площадь поверхности 300–400 м2г–1 и средний размер пор около 80 нм. Хашим и др. синтезировали макропористые (диаметр пор >50 нм) губки из УНТ с помощью стратегии легирования бором во время химического осаждения толуола из паровой фазы с использованием ферроцена в качестве предшественника катализатора. Избыточные атомы бора были обнаружены в «локтевых» соединениях, образующих ковалентные связи нанотрубок15.

Наиболее привлекательной особенностью губок является их сжимаемость, которая позволяет легко удалять абсорбенты путем приложения давления. В то время как губки с большими порами в основном используются для удаления жидкостей путем абсорбции, губки с микропорами будут иметь более широкий спектр применения, например, для молекулярного хранения, разделения и катализа. Согласно обозначениям ИЮПАК16,17, микропористость относится к пористости с диаметром пор <2 нм. Цеолиты, активированные угли и металлоорганические каркасы (МОК) являются типичными микропористыми материалами, но они не сжимаемы. В последнее время микропористые органические полимеры (МОП) широко изучаются из-за их универсальной функциональности и механической стабильности. Большинство швабр обычно получают с помощью ступенчатой ​​полимеризации трех- или более многофункциональных строительных блоков и получают в виде осажденных частиц из-за их сшитой структуры. Хотя иногда образуются макроскопические гели18,19 или монолитные полимеры20,21,22, они легко распадаются на кусочки после высыхания. Насколько нам известно, о сжимаемых микропористых полимерах еще не сообщалось.