有機多孔材料的案例
上科大本科生發《JACS》，研發出可脹可縮的晶態有機多孔材料
近日，上海科技大學章躍標教授課題組，2015級本科生陳翌翀以第一作者在《JACS》上以“Guest-Dependent Dynamics in a 3D Covalent Organic Framework”為題，發表了關于可脹可縮的晶態有機多孔材料的重要進展，解決了其結晶均一性和宏量制備的難題，首次發現了該類材料客體依賴和氣體響應的動態行為。2014級博士研究生師兆麟和2015級博士研究生魏蕾為論文并列第一作者，章躍標教授和周浩龍博士為共同通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。
高分子聚合物的溶脹和收縮行為有許多重要應用，但由于其結構的無序性和行為的不可逆性難以實現定向設計并開展“構-效”關系研究。共價有機框架材料，即Covalent Organic Frameworks(COFs)，是新興的晶態多孔材料，是完全通過強共價鍵將純有機的構筑模塊鏈接起來成二維或三維的網狀結構。因其具備明確的結構可設計性和化學穩定性而成為材料化學的研究熱點和網狀化學的前沿挑戰。然而，COF晶體的制備需要在控制共價鍵形成的速率和可逆性的同時調節晶體的成核和生長，因其極具挑戰性而被稱為“結晶困局”（Crystallization problem）。雖然由亞胺鍵鏈接COF大尺寸晶體的制備已經出現了突破性進展，但是其合成產率、效率和產量仍有待提高。因此，章躍標課題組試圖開發一種簡便而可規模化的制備方法，以便進一步開展結構與性能的關聯性研究及面向大規模的功能應用。
圖1.（a）傳統方法與研發方法的COF結晶機理和結果對比;（b）COF-300的簡便合成和可規模化制備
該材料合成方法的研究由2015級本科生陳翌翀同學獨立完成。在我校書院“導師制”引領下，陳翌翀在大二時就獲得了進入中國科學院上海有機化學研究所李超忠教授實驗室進行科研訓練的機會，逐步培養了獨立思考和自主研究的能力。
展開 Mater.》綜述：超分子大環衍生的多孔有機聚合物在分離、傳感、催化領域中的研究進展
多孔有機聚合物材料的設計合成一直是炙手可熱的研究課題，隨著這一領域研究的不斷深入，設計開發新型功能性的構筑基元逐漸成為了解決目前多孔有機聚合物材料創新發展的關鍵因素。超分子大環主體化合物憑借其獨特的主客體化學性質、簡便易行的功能化方法以及可調節的拓撲構型，為多種晶態和無定形態多孔有機聚合物材料的構筑提供了新的啟示和突破口。相關的功能體系在分離、傳感、催化等前沿應用研究中表現出優異的性能，有望推動新型智能聚合物材料領域的進一步發展。
近日，吉林大學化學學院楊英威教授課題組在《Advanced Materials》期刊上發表了題為“Macrocycle-based porous organic polymers for separation, sensing, and catalysis”的綜述文章，該工作中系統介紹了利用多種具有不同物理化學性質的大環分子構建多孔有機聚合物網絡的策略，并從主客體相互作用的開啟和基于刺激響應機制的大環構型構象轉變兩個角度論述了這一新興材料的結構特點和性質功能。最后，作者充分論述了這類材料在選擇性吸附分離、水污染治理、光學傳感檢測和非均相催化等諸多領域中的應用前景，并對該領域的優勢和挑戰進行了系統論述，同時對該領域未來的發展方向進行了展望。
圖1.基于超分子大環的多孔有機聚合物體系
圖2.幾種可作為多孔有機聚合物構筑基元的平面型和非平面型大環分子
圖3.
展開 氣體分離Science子刊：多孔有機骨架薄膜用于燃燒前捕集二氧化碳
多孔材料以其較高的氣體吸附量、易脫附以及高選擇性等特點成為了研究人員尋求替代方案的主要方向。
利用基于多孔材料的薄膜來吸附分離二氧化碳具有操作簡便、高效環保的特點，然而膜材料自身吸附選擇性差、易老化等問題一直阻礙著相關工業技術的發展。以多孔有機骨架（POFs）膜為例，POFs的孔徑相對較大，并且目前制備連續無缺陷膜的技術依然不成熟，致使POF基膜材料的氣體分離性能大打折扣。針對大孔的問題，研究人員開發了苯并咪唑單元連接的有機多孔聚合物（BILPs），這類POFs的孔徑相對狹小，不僅更易于吸收二氧化碳，而且熱和化學穩定性也非常好。但是BILPs不溶于大多數溶劑，使得制備BILPs基薄膜變得極具挑戰性。荷蘭代爾夫特理工大學的Jorge Gascon課題組利用室溫界面聚合（IP）的方法成功制備了無缺陷的BILPs薄膜（BILP-101x），并且這一薄膜在氫氣/二氧化碳分離方面表現出優異的性能。2018年9月21日，相關成果以題為“Facile manufacture of porous organic framework membranes for precombustion CO2 capture”在線發表在Science Advances上。
【圖文導讀】
圖1 BILP-101（Chem. Commun. 51, 13393–13396 (2015)）
BILP-101這一吸附劑最早于2015年由美國國家能源技術實驗室的研究人員（Chem. Commun. 51, 13393–13396 (2015)）開發而來。這一吸附劑主要具有相對較小的孔徑、較高的微孔率以及優異的物理化學穩定性能的特點。
展開 《自然·化學》自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離獲進展
近日，中國科學院國家納米科學中心、納米科學卓越創新中心研究員唐智勇和副研究員李連山在具有剛性分子骨架的自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離的研究中取得新進展。相關研究成果Microporous membranes comprising conjugated polymers with rigid backbones enable ultrafast organic-solvent nanofiltration 于7月23日在線發表在《自然-化學》（Nature Chemistry）雜志 (Nat. Chem. 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0093-9)。
圖：聚合物全剛性骨架支撐起自組裝結構中高度聯通的永久性微孔
當今工業過程中涉及大量的分離、純化或者濃縮過程，因此分離技術成為現代工業中最重要的技術之一。目前，分離純化過程主要依賴于高能耗的基于熱的過程，例如蒸餾、蒸發、精餾等。據統計，化工工業中用于分離和純化的能源消耗占據了全部能源消耗的一半，其中80%被蒸餾過程消耗。因此，開發低能耗、高效的分離純化技術將極大降低能源消耗。
膜分離過程是一種在選擇性膜兩側施加壓力差，使得待分離物質選擇性通過膜從而實現分離的過程，這一過程的核心技術是高效、高選擇性膜材料。這一技術在水純化或者海水脫鹽方面已經有了很成熟的應用，利用聚酰胺等聚合物材料的薄膜實現雜質或離子去除。然而，其在有機體系的應用相對滯后，這是因為大部分傳統的一維聚合物材料在有機溶液中不穩定。其次，傳統一維聚合物薄膜沒有永久性孔，導致分離速度非常低下。
為了同時解決高穩定性、高溶劑通量及高選擇性的問題，唐智勇課題組選擇了具有剛性骨架的自組裝多孔聚合物材料。
展開 
金屬-有機框架衍生的多孔氮/鹵素雙摻雜納米碳高效氧還原催化劑
低成本、高效穩定的非金屬材料作為氧還原反應(ORR)的電催化劑對于燃料電池的規模化應用至關重要。雜原子摻雜的多孔碳材料具有可調的化學組成和電子結構， 能顯著提升氧還原催化活性。
基于此，中國科學院福建物構所黃遠標、曹榮課題組采用咪唑鎓鹽功能化的金屬-有機框架(MOFs)作為前驅體和自犧牲模板， 制備了氮和鹵素雙摻雜多孔納米碳催化劑。文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9364-5。
圖1 BrNC-800的合成路線
其中氮/溴雙摻雜催化劑BrNC-800在堿性條件下具有優異的電催化性能、穩定性和抗甲醇毒化能力。其優異的電催化活性歸因于：(1) 大量吡啶氮和石墨氮的摻雜產生豐富的碳活性位點， 同時高的石墨化程度有助于提高導電性，促進氧還原活性；(2) 溴的存在改變了催化劑的化學組分和結構特征，并活化相鄰碳產生額外活性位點；(3) 高比表面和多級孔結構有助于傳質與增加暴露的氧還原活性位的數量， 而提高催化效率。
這項工作為以MOFs為前驅體制備高效的雜原子雙摻雜碳材料提供了一種簡便的方法。
展開 有機材料指哪些物質..復合材料指哪些物質
其實在初中化學里，材料一般分為四類：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料。金屬材料包括純金屬和合金，如，鐵、 鋼 、生鐵、青銅 、黃銅 等等；無機非金屬材料指的是除金屬材料以外的其它無機材料，如玻璃 、陶瓷 等等 ；有機高分子材料包括兩部分：天然有機高分子材料和有機合成材料，天然有機高分子材料指的是棉花、羊毛、蠶絲等等；有機合成材料指的是塑料、合成纖維、合成橡膠（ 通俗一點說就是人造材料） ，比如 尼龍 、滌綸 等等；復合材料是將兩種或兩種以上的材料復合成一體形成的材料。鍛壓模具比如常見的 ：鋼筋混凝土 、玻璃鋼、新型納米材料等等 。常應用于機動車輪胎、 飛機的機翼、 火箭的錐頭
展開 中科院寧波材料所Chemical Society Reviews：有機和雜化電阻開關材料和器件
通過分子設計，有機-無機雜化材料通過可變的配位鍵角度將固有的拉伸性甚至扭轉穩定性與可調的電子結構相結合，這被證明是軟存儲器件的杰出候選材料。
在過去的半個世紀里，基于有機和雜化材料的新興電子和光電子器件迅速發展，極大地改善了全世界人類的日常生活。相比之下，有機和雜化存儲設備的發展至今沒有得到足夠的重視，也沒有形成一套完整的學術體系。然而，這種情況賦予化學家、材料科學家和電氣工程師在即將到來的人工智能時代中使用有機和雜化電子材料的無限可能性。
文獻鏈接：Organic and hybrid resistive switching materials and devices, (Chemical Society Reviews, 2018, DOI: DOI: 10.1039/C8CS00614H)
本文由材料人計算組Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。
來源：材料人
展開 混合多材料（鋼/塑/有機材料）車身A柱輕量化開發與驗證
三維材料混合技術
近年來，輕量化已成為汽車行業的關鍵詞，汽車制造商不斷嘗試新方案來減輕車輛重量。其中，創新的結構設計就是一種重要的方法。目前，傳統的純鋼制結構已逐步淘汰，混合材料結構越來越多的被采用。鋁、鎂、鋼、塑料等不同材料的組合將更有針對性的實現性能的提升和重量的減輕。
對于需要承受高應力的碰撞結構件，純金屬結構已逐漸被淘汰。特別是對于新能源汽車，需要創新動力系統設計，以抵消電池帶來的整備質量增加，滿足碰撞安全要求，同時最大化電池安裝空間。為此，保時捷、德國Mitras、薩克森（德國）的輕量化設計中心（Leichtbau-Zentrum Sachsen，LZS）和德累斯頓技術大學的輕量化工程和聚合物技術研究所（ILK）聯合開展了“三維材料混合應用技術”項目，該項目由S?chsische Aufbaubank（SAB）贊助。旨在將先進的材料混合方案應用于車身結構件的開發中，例如圖1所示的混合材料車身A柱。
目前，行業已有將金屬型材與纖維增強復合材料兩種材料混合應用的案例，如圖2。第一種注塑成形部件截面穩定性較好，但整體結構穩定性較差；第二種結構擁有金屬邊緣，其優勢是可以通過點焊、鉚接等常見方式進行連接，但其截面穩定性較差；第三種纖維增強復合材料設計具有較好的穩定性，但整體的剛性較差。同時復合材料的設計需要采用膠粘連接，批量化生產時傳統裝配線需要進行較大的改動。基于三維材料混合技術開發的第四種結構，采用熱成型鋼或冷軋鋼板+有機纖維板局部增強+長纖維增強脊結構實現橫截面穩定。
將該結構應用于B柱的輕量化設計中，與傳統B柱相比，部件數量顯著減少，重量降低14%，能量吸收能力提升25%。
展開 深圳市安品有機硅材料有限公司
深圳安品材料有限公司，始建于2004年，總部位于深圳市寶安區福永福海信息港，是一家致力于高分子新材料研究開發，生產及經營的國家級高新技術企業。目前旗下有八家子公司——天津辦事處、蘇州辦事處、香港辦事處、武漢辦事處、廈門辦事處等。
目前主要產品布局在有機硅、環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂，相關樹脂的改性及石墨烯、高導熱復合、高導電復合、有機耐火材料、壓敏膠等領域，擁有國家發明專利100多項，目前在惠州大亞灣建成了占地面積越60000平方米的生產基地，廠房6棟。目前公司也在布局壓敏膠、光刻膠領域。
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展開 加州大學&加州州立大學Angew ：有機金屬框架中，同桿螺旋填料提高金屬位點的最高的密度方法
【引言】
在多孔材料中發現，主客體之間是化學力推動的金屬位與配位溶劑含有許多應用的機會。但是，這些金屬位點很難制備鋰基材料，因為鋰與過渡金屬不同，它的配位數少，很難形成框架結構和客體鍵。這一挑戰可以通過模仿MOF-74中官能團比和金屬-配體電荷比來解決。本文通過調控金屬-配位物的電荷比和官能團的比例，獲得了一種提高金屬位點的新方法。
【成果簡介】
近日，美國加州大學Pingyun Feng和加州州立大學Xianhui Bu（通訊作者）等人，獲得了棒包Li的有機框架結構（CPM-47、CPM-48、CPM-49）。這些材料具有極高的客體鍵Li位點密度，和不尋常CPM系列中的同心螺旋桿包裝，這與在MOF-74中通過相反螺旋度的螺旋進行異螺旋桿包裝不同。這一工作表明在無機-有機多孔材料中，開發高密度客體結合金屬位點的新化學和結構可能性。相關成果以“Homo-Helical Rod Packing as a Path Toward the Highest Density of Guest-Binding Metal Sites in Metal-Organic Frameworks”為題發表在Angew上。
【圖文導讀】
圖1 CPM-47的組裝、孔道以及和MOF-74之間的比較圖
（a）自組裝CPM-47自組裝圖；
（b）CPM47中的螺旋鏈和橋接相鄰螺旋鏈所形成的三角通道；
（c）沿c軸的透視圖顯示了CPM-47至CPM-49中的三角形通道；
（d，e）CPM-47和MOF-74之間的比較圖：無機鏈的形成、鏈上金屬顆粒的分布和通道的頂視圖和客體金屬位點的排列。
圖2 CPM-47和CPM-49的氣體吸附圖
CPM-47和CPM-49的氣體吸附圖。
【小結】
本文找到了一種材料設計理論，來確定核心化學和結構標準。
展開 材料｜奧來德有機薄膜封裝材料通過和輝量產線測試，已開始交付產品
公司產 品研發從對基礎發光材料研發到針對性地研制 OLED 有機發光材料，產品結構從簡單的中間體、前 端材料到技術壁壘較高的終端材料，產品種類從少數品種到覆蓋發光功能材料、電子功能材料、 空穴功能材料等多品種。
經過多年的行業積累與發展，公司已成為國內少數可以自主生產有機 發光材料終端材料的公司，是行業內技術先進的 OLED 有機材料制造商。在蒸發源設備方面，國內 面板廠商已進行招標采購的 6 代 AMOLED 線性蒸發源來自于奧來德、韓國 YAS、日本愛發科、韓國 SNU，公司是唯一的國內企業。公司在該領域打破了國外壟斷，成功實現該核心組件的自主研發、 產業化和進口替代。
目前國外廠商占據有機發光材料的大部分市場份額，隨著 OLED 技術應用場景的增加、電子產 品的更新換代，終端需求增長將帶動有機發光材料市場繼續增長，市場需求的推動和發光材料技 術的快速發展為國內有機發光材料企業提供了有利的發展機會。公司從事有機發光材料研發生產 的時間較早，在該領域具備技術和經驗優勢，產品質量獲得客戶和市場認可，并與客戶保持密切 的行業技術交流。未來公司將進一步加強與客戶的協同合作，保持研發投入，加速產品升級換代， 在與客戶穩定合作的基礎上進一步擴大市場份額。
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發現控制氣體在多孔材料擴散的“局域柔性”材料
多孔材料在氣體存儲和分離方面已經取得了突飛猛進的發展，然而如何控制氣體在多孔材料中的擴散一直是難以解決的問題。1月25日，一項發表于《科學》雜志的研究利用金屬—有機框架（MOF）材料這一設計性極高的結構平臺，在剛性骨架的MOF的籠狀孔壁上編入溫度響應的動態“開關”，通過控制孔壁微擾來控制氣體分子在多孔材料中的擴散。
論文第一作者、華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室研究員顧成告訴《中國科學報》記者：“新材料具有溫度控制的吸附特性，這種獨特的吸附性質不僅能讓材料在較高溫度下進行相似氣體的動態篩分，也可以實現常溫常壓下氣體的物理存儲。”
圖片說明：(A)通過動態孔道控制氣體擴散的原理示意圖。(B) 1a的晶體結構。 (C) 1a的孔道結構。(D) 溫度響應的層內擴散控制示意圖；低溫下OPTz單元形成的“門”關閉，氣體分子無法擴散，高溫下通過熱振動打開“門”，氣體分子進行層內擴散。
根據熱力學定律，隨著溫度升高，多孔材料對氣體的吸附量會降低。但是MOF材料表觀上違反熱力學吸附法則，它在各種氣體的沸點溫度附近幾乎沒有任何吸附，但隨著溫度升高氣體吸附量逐漸升高并達到最大值，之后隨溫度升高氣體吸附量又逐漸降低。研究人員發現，這是熱力學控制的骨架—氣體相互作用力和動力學控制的擴散限制相互作用的結果。
為何MOF材料會出現這樣的結果？顧成表示，研究人員設計了一種蝴蝶型的配體，在間苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪，這是一種可以有效發生熱振動的單元。“這像蝴蝶扇動翅膀一樣，溫度越高，振動幅度越強。”顧成說。
氧化吩噻嗪的熱振動引起了微擾，而這一微擾已足夠為氣體分子擴散打開“大門”。由于MOF材料引入了動力學控制，在不同的溫度下，“大門”打開的幅度也不相同。
該材料特殊的吸附特性使之有可能在較高溫度下進行相似氣體的高效篩分。
展開 有機相變材料（PCM）應用于海水淡化的數值仿真模型 ￥1500
有機相變材料（PCM）的低熔點使其成為存儲太陽能的理想選擇。然而，有機PCM弱光熱、導熱性能嚴重阻礙了其實際應用。研究表明，向有機PCM中添加納米顆粒可以有效改善其光熱性能，但許多納米顆粒成本高昂，難以合成，且加入納米顆粒后，有機PCM潛熱下降顯著。由于NTP最初是在海水淡化中提出的，尚未引入PCM，本案例將有機相變材料PCM應用于海水淡化中，建立了一二維幾何模型，如圖1所示。
圖1 幾何模型
模擬得到PCM作用下的海水淡化過程中的溫度場、速度場、相對濕度場以及PCM材料中的液相率的變化，仿真結果如下圖所示。
圖2 溫度場變化
圖3 速度場變化
圖4 相對濕度場變化
圖5 PCM液相率變化
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
展開 復合材料夾層結構常用PVC多孔泡沫材料參數
復合材料夾層結構常用PVC多孔泡沫材料參數.pdf
Mater.綜述: 多孔高分子–以解決重大需求為導向的多功能材料平臺
因而開發以解決重大需求為導向的新型材料對經濟和社會的可持續性發展具有非常重要的意義。納米材料的飛速發展表明孔隙率是決定材料性能的關鍵因素之一。多孔材料憑借其較大的表面積、開放的孔道結構和可調的孔環境，在很多領域都具有令人矚目的應用。多孔材料按照孔尺寸可分為三種類型：孔徑小于2 nm的微孔材料，2-50 nm的中孔材料，大于50 nm的大孔材料。多孔材料的孔骨架包括有機骨架（例如，多孔高分子、有機多孔分子籠和超分子有機框架）、無機骨架（例如，沸石、多孔炭和中孔二氧化硅）以及雜化骨架（例如，金屬有機框架）。
在諸多已發展的多孔材料中，多孔高分子由于兼具多孔材料和高分子材料的雙重優勢，因而獲得越來越多領域研究者的關注。多孔高分子與沸石、多孔炭和金屬有機框架等其它多孔材料一樣，也具有永久的高孔隙度、較大的表面積和可設計的孔道結構等特點。但是，它們在許多方面依然存在差異。多孔高分子最主要的優點是化學多樣性和易加工性。例如，相對于沸石和多孔炭，多孔高分子具有更為多樣的合成方式，并可按照設計思路進行合理調控。多孔高分子具有與金屬有機框架相類似的出色化學和物理可調性，還可通過直接功能化合成和后合成改性等方法簡便引入活性功能組分。得益于高分子自身的屬性，多孔高分子也具備了較好的延展性和可塑性，可以根據用途加工成各種形狀。此外，與對酸堿環境敏感的沸石材料以及由配位鍵連接的金屬有機框架相比，由共價鍵連接的多孔高分子具有較高的化學穩定性。
【成果簡介】
中山大學吳丁財教授課題組應邀在Adv.
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