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多孔液体的研究进展:从基础到合成、应用及未来挑战

期刊:Advanced Functional MaterialsDOI:10.1002/adfm.202104162

本文档属于类型b,即一篇科学综述论文。以下是对该论文的详细介绍:

作者与机构
本文的主要作者包括Dechao Wang、Yangyang Xin、Dongdong Yao、Xiaoqian Li、Hailong Ning、Hongmin Zhang、Yudeng Wang、Xiaoqian Ju、Zhongjie He、Zhiyuan Yang、Wendi Fan、Peipei Li和Yaping Zheng。他们分别来自西北工业大学化学与化工学院、西安科技大学化学与化工学院、自然资源部煤炭资源勘探与综合利用重点实验室以及西安电子科技大学先进材料与纳米技术学院。该论文于2021年发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

论文主题
本文的主题是“多孔液体(Porous Liquids, PLs)”,重点综述了多孔液体的基础化学、发展历史、合成策略、表征方法、应用领域以及未来挑战。多孔液体是一种结合了多孔固体和流动液体特性的新型材料,自2007年概念提出以来,逐渐成为材料科学领域的研究热点。

主要观点与论据

  1. 多孔液体的基础化学与分类
    多孔液体根据其结构和组成可分为三类:
  • 类型I:由分子宿主组成的纯液体,具有永久孔隙。
  • 类型II:由分子尺度的孔隙生成物溶解在空间阻碍溶剂中形成。
  • 类型III:由微孔或多孔固体颗粒分散在空间阻碍溶剂中形成。
    多孔液体的核心特征是其在常温下具有流动性和永久孔隙。这些特性使其在气体吸附、分离、催化等领域展现出巨大潜力。
  1. 多孔液体的发展历史
    多孔液体的概念最早由James及其团队于2007年提出,但直到2015年才首次成功合成。此后,随着多孔固体材料(如金属有机框架MOFs、共价有机框架COFs等)和空间阻碍溶剂(如离子液体)的不断发展,多孔液体的研究取得了显著进展。尤其是2017年以来,多孔液体的合成策略和应用领域迅速扩展。

  2. 多孔液体的合成策略
    本文详细总结了多孔液体的多种合成策略,包括:

  • 物理加热诱导液相法:通过高温加热多孔固体材料(如MOFs)使其转化为液体,同时保留其孔隙结构。
  • 混合笼状物策略:通过动态共价键合反应生成具有随机结构的笼状分子,形成多孔液体。
  • 预修饰与非共价分子相互作用结合策略:利用静电作用、氢键等非共价相互作用将孔隙生成物与空间阻碍溶剂结合。
  • 配位后修饰与物理分散结合策略:通过配位后修饰在多孔材料表面引入聚合物链,再将其分散在空间阻碍溶剂中。
  • 直接共价后修饰策略:通过共价键将孔隙生成物与聚合物链结合,形成具有流动性的多孔液体。
  • 超分子复合策略:利用超分子相互作用(如主客体复合)将离子液体与多孔分子结合,形成多孔液体。
  1. 多孔液体的表征方法
    多孔液体的表征主要集中在孔隙结构和流动性两个方面。常用的表征技术包括气体吸附实验、核磁共振(NMR)、X射线衍射(XRD)以及流变学分析等。这些方法有助于验证多孔液体的永久孔隙和流动性能。

  2. 多孔液体的应用领域
    多孔液体在多个领域展现出广泛的应用前景,包括:

  • 气体吸附与分离:多孔液体可用于CO2捕获、烃类分离、稀有气体捕获等。
  • 催化转化:多孔液体作为催化剂载体,可提高催化反应的效率和选择性。
  • 手性分离:多孔液体在手性分子分离中表现出优异的性能。
  • 热管理与电解质:多孔液体在热管理材料和电解质领域具有潜在应用价值。
  1. 多孔液体的未来挑战
    尽管多孔液体的研究取得了显著进展,但仍面临一些挑战:
  • 可调控的物理化学性质:如何根据特定应用需求调控多孔液体的物理化学性质仍需深入研究。
  • 可行的合成路线:现有的合成方法复杂且成本较高,亟需开发更简便、经济的合成策略。
  • 表征技术的改进:多孔液体的表征技术仍有待进一步完善,以更准确地评估其性能。

论文的意义与价值
本文全面综述了多孔液体的研究进展,为相关领域的研究人员提供了系统的参考资料。通过总结多孔液体的合成策略、表征方法和应用领域,本文不仅推动了多孔液体领域的基础研究,还为未来的技术应用提供了重要指导。此外,本文提出的未来挑战为后续研究指明了方向,具有重要的科学价值和实际意义。

亮点
- 全面性:本文涵盖了多孔液体的基础化学、合成策略、表征方法、应用领域及未来挑战,内容全面且系统。
- 前沿性:本文总结了近年来多孔液体领域的最新研究成果,尤其是2017年以来的重要进展。
- 指导性:通过分析现有研究的不足,本文为未来的研究方向提供了有价值的建议。

本文是一篇关于多孔液体的权威综述,不仅为学术界提供了重要的参考资料,也为工业界的应用开发提供了理论支持。

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