多孔离子聚合物(Porous ionic polymers,PiPs)是一种功能化有机聚合物材料,它结合了多孔聚合物和离子化合物两种功能材料的优势,具有带电性、多孔性及高比表面积等特点。PiPs的离子基团可以通过化学接枝到聚合物主链中,也能够通过共价键作用与聚合物骨架相键接。通过筛选结构单元和离子基团,可以容易地改变官能团与活性位点以调控PiPs的物理化学性质。同时,PiPs的比表面积,亲疏水性,孔径大小和孔体积等性能能够通过阴阳离子交换来调节,因此多孔离子聚合物在诸多领域中如在药物控释、气体吸附/分离、催化、抗菌应用和水净化领域上具有潜在应用价值。根据不同应用场景对PiPs组成、结构进行调控,能够拓展多孔离子聚合物的应用。本文设计并制备了多种功能化的多孔离子聚合物,包括联吡啶型多孔离子聚合物、聚吡咯接枝MOF基离子多孔材料,并研究了这些多孔离子聚合物材料分别在吸附分离有害气体以及其电化学中的应用。具体研究内容有:(1)设计合成离子型共价三嗪框架(ICTFs)多孔聚合物。合成了氰基取代联吡啶类离子液体作为离子型共价三嗪骨架前驱体。通过控温程序熔融法聚合,成功得到离子型共价三嗪框架(ICTFs),所制备的ICTFs具有高比表面积,含氮量高等特点。所制备的ICTFs的比表面积和总孔体积分别约为1000 m2g-1和0.4582 cm3 g-1。在室温条件下对 CO2(4.87 mmol g-1)、SO2(9.22 mmol g-1)和 NO(4.05 mmol g-1)表现出较强的吸附能力。可用于CO2、SO2、NO和N2混合气体的吸附分离,这一独特的设计为制备CO2、SO2和NO捕集的高效多孔材料提供了新的视角。(2)设计合成导电聚合物和MOFs材料相结合的多孔离子聚合物。选择1,4-二溴丁烷作为中间体,设计了聚吡咯纳米管(PPyNTs@MOFs)化学接枝MOFs的通用方法。制备了 9 种 MOF(Co2+,Cu2+,Zn2+,Mn2+,Fe3+,Al3+,Ti4+,Cr4+,Zr4+and V4+)纳并结合MOF材料高比表面积、丰富孔道结构特性提高Li-S电池性能。所制备的PPyNT@UIO-66杂化材料作为正极载体,通过与多硫化物强的物理和化学吸附/亲和力,与PPyNTs和UIO-66相比在锂硫电池中表现出优异的循环稳定性。在0.1C的扫描速率下,PPyNTs@UIO-66-S正极初始放电能量密度为1225 mAh g-1,在循环200次后,放电容量仍保持在996 mAh g-1。