新型多孔材料的多尺度设计及可控制备

【作者】 曹达鹏；

【机构】 北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室分子与材料模拟研究室； 北京化工大学北京市软物质科学与工程高精尖创新中心；

【摘要】 由于计算机分子模拟技术以及化工热力学理论的快速发展,采用理论设计指导新型功能纳微材料的合成策略已成为化学工程、材料科学、能源以及环境等领域的研究热点。为此,本研究组以化工热力学为基础,自主建立了一套从量子化学到统计力学的多尺度模拟方法 1,采用材料基因组的概念成功设计了一系列高性能多孔纳微材料(包括新的碳同素异形体—金刚炔(Diamondyne),锂掺杂的框架材料2,类金刚石框架材料,多孔聚合物3等),并成功制备出部分理论设计的材料;以Langmuir吸附理论为基础,研发出一种适合预测混合气体分离的选择选择性方程,通过和和北京精微高博科学技术有限公司合作,共同创制了首台JW-SEL200"选择性气体吸附仪",实现了纳微多孔材料对混合气体选择性吸附的评价(当前国际上通用的物理吸附仪如"麦克吸附仪"和"康塔吸附仪"都无法实现该功能),填补了该领域的国内外空白。另外,也采用"bottom-up"的研究策略,通过二维富氮共价聚合物COPs前驱体,使用温控碳化技术定向制备出不同氮分布的多孔类石墨烯材料,实现了氮掺杂的定向调控4,5。该类石墨烯不仅展现了优异的氧还原性能,而且具有高的稳定性和抗CO、甲醇中毒性能,具有极大的应用前景。而且,该方法还可以拓展到其他杂原子(如硼,硫,磷等)的定向可控掺杂,为合成多功能可控结构材料提供了新的策略。更多还原