【化工】贵州大学赵天翔课题组在“气体分离与转化”领域取得系列进展

近年来，以离子单元为主体构架、且富含微孔的离子型功能材料被广泛用于气体分离与转化。例如，三嗪类离子聚合物因结构稳定、富含氮和离子位点、结构易修饰等特质兼具CO2捕集与催化转化双重功能。然而，迄今报道的三嗪类离子聚合物通常存在比表面积低、孔结构不发达、离子活性位点分布不均且含量少等问题，致使CO2富集性能差且转化困难。近期，贵州大学化学与化工学院赵天翔博士课题组采用共聚后超交联的策略，通过多级调控(三嗪类聚离子液体结构、外交联剂结构、聚离子液体与外交联剂的竞聚率等)，成功构筑了组成和结构可调、比表面积高、孔结构发达、且兼具CO2捕集与高催化活性的三嗪类多孔超交联离子聚合物。该项工作以“Construction of bifunctional triazine-based imidazolium porous ionomer polymers by a post-crosslinking tactic for efficient CO2 capture and conversion”为题发表在Chemical Engineering Journal 2023, 451, 138946(影响因子：16.744)。第一作者是2020级硕士研究生蔡开兴，赵天翔博士为论文唯一通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722044254

机械化学是一种“更绿色”的用于合成已知化合物行之有效的方法。相比于溶液化学，其过程更安全、清洁、高效，可以说机械化学是一种很符合“绿色化学”原则的合成方法。在此方面，赵天翔课题组利用机械化学法，室温条件下实现了具有耐水性的Cu-BTC吸附材料的快速宏量制备，合成仅需5分钟(Chemical Engineering Journal 2022, 437, 135364)。近期，该课题组构筑了一系列具有烷基醇-胺协同位点的介孔SiO2负载型多相催化剂，该类催化剂在无卤素和无溶剂条件下表现出优异的CO2环加成反应催化活性。通过调控有机官能团和载体SiO2的结构，催化剂可以择形催化调控产物的选择性。机理研究表明催化剂的高活性归因于醇-胺之间的协同催化效应。该项工作为快速构筑功能有机-无机杂化材料提供了一种有效的合成方法，同时也为无卤素、无金属的CO2环加成反应催化剂的设计提供了新思路。该项工作以“Mechanochemical construction of mesoporous silicon-supported organocatalysts with alkylol-amine cooperative sites for CO2 fixation into cyclic carbonates under halogenfree conditions”为题发表在Applied Catalysis B: Environmental 2023, DOI:10.1016/j.apcatb.2022.122217(影响因子：24.319)。第一作者是2019级硕士研究生李成。赵天翔博士、刘飞教授、胡兴邦教授(南京大学)为论文共同通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337322011584

离子液体作为一种新型的绿色溶剂，因其物理化学性质稳定，结构易修饰等特点，被广泛用于酸性气体(CO2/SO2/H2S/NOx)的捕集。在此方面，赵天翔课题组开发了以离子液体为介质的液相Claus过程，SO2在温和的条件下可转化为硫磺(Chemical Engineering Journal 2021, 422, 130033)或环状亚硫酸酯(ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021, 9, 10437-10443)。近期，该课题组设计合成了系列富含醚基的多活性位点质子型离子液体，该类离子液体表现出优异的CO2/SO2气体分离选择性(AIChE Journal 2022, 68, e17596)。作者创新性采用反应平衡热力学模型(RETM)，阐述了SO2在离子液体中的溶解构效关系，为SO2高效吸收剂的设计提供了参考。随后，该课题利用兼具吸收和催化双功能的超强碱多叔胺活性位点质子型离子液体，温和的条件下即可将富集的H2S转化为硫醇，产率可达99%(AIChE Journal 2022, DOI:10.1002/aic.17944)。该工作实现了H2S气体的反应分离耦合，有望大幅降低吸收剂的再生能耗，同时又可获得高附加值的含硫化学品。以上工作相继发表在美国化学工程师协会会刊AIChE Journal，该杂志为化学工程领域最具有全球学术影响力的期刊之一。论文第一作者均为2020级硕士研究生刘萍，赵天翔博士为论文唯一通讯作者。

论文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/aic.17596

https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/aic.17944

以上研究得到了贵州省绿色化工与清洁能源重点实验室的大力支持。感谢贵州大学一流学科特岗人才引进项目、国家自然科学基金(nos.22168012和22208070)、贵州省教育厅创新群项目(no.2021010)、贵州省教育厅特色领域项目(no.2021055)、贵州省科技厅项目(no.2021068)项目的资助。贵州大学化学与化工学院为第一通讯单位。

来源：贵州大学