结构相似气体的分离是制备具有高附加值高纯气体的重要任务之一。乙炔是一种制造各种重要化学品的关键原料，然而乙炔生产过程中经常伴有二氧化碳杂质，乙炔/二氧化碳对于制造高纯乙炔气体具有重要意义。乙炔和二氧化碳具有相同的动力学直径（3.3 Å）和接近的沸点（C2H2: 189.2 K, CO2: 194.7 K），实现高效的乙炔/二氧化碳分离具有挑战。多孔有机聚合物具有优异的稳定性、良好的孔隙度等优点，在气体分离领域表现出巨大的潜力。目前多孔有机聚合物用于乙炔/二氧化碳的分离的研究较少，而且由于缺少高效识别位点，分离选择性较低。近日，浙江大学杭州国际科创中心锁显研究员、邢华斌教授团队报道了一类新型离子多孔聚合物P(Ph3ImBr-nDVB)。基于支链化离子单体和刚性交联剂，研究人员采用共聚策略，制备了兼具丰富的微孔孔隙和高密度的离子位点的离子多孔聚合物，第一次实现了离子多孔聚合物对于乙炔/二氧化碳的高效分离，并且表现出良好的稳定性和优秀的循环使用性能。本研究通过一种简单的共聚策略，采用支链化离子单体Ph3ImBr与刚性交联剂对二乙烯基苯（DVB）进行共聚，实现了对离子多孔聚合物的孔结构和功能性的成功调控。由于DVB交联剂的引入，有效地阻止了离子聚合物片段的密集堆积，促进交联丰富孔隙的形成。相较于未引入DVB交联剂的聚合物P(Ph3ImBr)，P(Ph3ImBr-0.5DVB)表现出更高的比表面积和微孔孔容。同时，离子单体的支链化结构也有利于提升交联程度。相较于现有报道的大多数离子多孔聚合物，P(Ph3ImBr-nDVB)兼具高离子密度和丰富的微孔孔隙。这一发现揭示了共聚策略构建具有高密度离子位点和丰富微孔的离子多孔聚合物的优势。图1. 离子多孔聚合物P(Ph3ImBr-nDVB)的构筑示意图及与其它离子多孔聚合物的孔结构和离子密度性能参数对比图图2. 离子多孔聚合物的乙炔/二氧化碳分离性能和再生稳定性能评估该类离子多孔聚合物表现出优秀的乙炔/二氧化碳分离性能，其中P(Ph3ImBr-0.5DVB)对乙炔具有更好的亲和性，实现了高选择性分离乙炔/二氧化碳，选择性达到17.9，为已报道多孔有机聚合物中的最高值。随着离子单体支链化程度的提升以及刚性交联剂的引入，微孔孔隙增加，材料表现出提升的乙炔吸附性能。并且，P(Ph3ImBr-0.5DVB)表现出了良好的再生性能和水/化学稳定性。动态固定床穿透实验也表明其优秀的乙炔/二氧化碳分离性能。综上所述，本研究不仅为构建集丰富微孔和离子位点于一体的离子多孔聚合物提供了一种有效的策略，而且为分离结构相似气体分子的功能化材料的发展提供了新的启示。这一成果近期发表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2023, 2214887）上，文章的第一作者是浙江大学博士生潘罕骞，浙江大学杭州国际科创中心锁显研究员和浙江大学邢华斌教授为共同通讯作者。作者简介锁显，浙江大学杭州国际科创中心求是科创学者。2013年获厦门大学工学学士学位，2018年获浙江大学博士学位。2018年入职浙江大学进行博士后研究，2019年至2021年期间，赴美国田纳西大学从事博士后研究，2022年2月入选浙江大学杭州国际科创中心“科创百人”人才计划。面向高纯气体制备的需求，主要从事量杂质脱除、碳捕集、分离材料设计等方向的研究，发表40余篇学术论文，其中以第一或通讯作者在Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition等期刊发表论文12篇，授权国家发明专利3项，主持国家自然科学基金面上项目1项，完成青年项目1项，并主持或参与国家重大仪器研制项目、国家重点研发计划、省尖兵领雁计划等项目子课题，承担与参与多项企业合作项目。