先進(jìn)功能材料

前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，功能材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日顯重要。由于人類社會對于環(huán)境與生態(tài)保護(hù)、自身健康空前的重視，因而發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳工業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)（使用無毒化肥與農(nóng)藥）成為世界各國共同倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方針。采用綠色化學(xué)工藝和清潔化學(xué)反應(yīng)研發(fā)綠色材料與消費品、高效低毒藥物及農(nóng)藥等已成為當(dāng)今社會化學(xué)科研與工業(yè)生產(chǎn)引導(dǎo)潮流的方向。功能材料在上述領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用，例如：利用高效高質(zhì)離子交換與吸附材料（樹脂、膜、纖維等）凈化飲用水、處理生活及工業(yè)污水、回收貴金屬／有毒金屬；利用聚合物負(fù)載的無毒有機(jī)催化劑在純水（或無毒溶劑）中實現(xiàn)定量有機(jī)反應(yīng)；利用聚合物負(fù)載試劑采用組合化學(xué)方法高通量構(gòu)建化合物庫以實現(xiàn)高效低毒藥物與農(nóng)藥的快速合成；利用聚合物負(fù)載金屬催化劑通過反應(yīng)動力學(xué)拆分在合成目標(biāo)手性化合物的同時一舉兩得地完成外消旋化合物的拆分；利用先進(jìn)分子印跡聚合技術(shù)合成高選擇性吸附分離材料應(yīng)用于由天然植物提取高效藥物及保健品；利用新型高分子材料研發(fā)光伏電池及太陽能電池；利用可再生天然資源研制與生產(chǎn)無毒的生物相容性及生物降解材料應(yīng)用于藥物的靶向遞達(dá)及控釋、人體軟／硬組織的修復(fù)與再生；研發(fā)新型吸波陶瓷、透波陶瓷應(yīng)用于新型隱身飛行器、運(yùn)載火箭等國防高科技領(lǐng)域等。利用高性能功能材料在國民經(jīng)濟(jì)這些重要領(lǐng)域中取得的成就充分彰顯了人類文明的飛速進(jìn)步及高科技成果在國計民生中的重要作用。反映21世紀(jì)以來功能高分子科學(xué)在上述領(lǐng)域所取得的驕人成就是本書的編寫宗旨。全書選材立足于近十年來國際、國內(nèi)重要刊物報道的優(yōu)秀科研成果。參加本書編寫的各位編委都是國內(nèi)在上述相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域中的優(yōu)秀學(xué)者，本書是他們在百忙之中縱覽上述領(lǐng)域中的大量文獻(xiàn)后的心血結(jié)晶。內(nèi)容新穎、選材有重要學(xué)術(shù)及應(yīng)用價值、重點突出、論述扼要精辟是本書編寫追求的目標(biāo)。本書可供化學(xué)、精細(xì)化工、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥、輕工等領(lǐng)域中的有關(guān)科研人員及高等學(xué)校師生閱讀，也可用作高等學(xué)校化學(xué)系及化工系本科生、研究生選修課教材。誠然本書編寫力求學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)，但欠妥之處仍恐難免，還望讀者指正。在本書編寫過程中，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院任紅霞老師幫助收集了本書一、四、五、六章部分參考文獻(xiàn)；南開大學(xué)高分子化學(xué)研究所龐子博幫助進(jìn)行了本書一、四、五、六章圖表的繪制、文字打印及全書圖表與文字的修改打印工作，謹(jǐn)在此致以衷心的謝意。衷心感謝本書各位編委接受本人的邀請，參與本書的編寫。最后，我要衷心感謝國家自然科學(xué)基金委，二十余年來本人在功能高分子科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究（聚合物負(fù)載催化劑、聚合物負(fù)載試劑、載體化催化聚合反應(yīng)與新材料設(shè)計等）得到了國家自然科學(xué)基金一貫的大力資助，這在很大程度上激勵著本人至今仍孜孜不倦地工作，力求為推進(jìn)我國高分子科學(xué)的發(fā)展盡上自己的微薄之力。

內(nèi)容概要

　　《先進(jìn)功能材料》進(jìn)入21世紀(jì)以來，功能高分子材料在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、綠色化學(xué)化工、尖端國防材料、綠色醫(yī)用材料等領(lǐng)域中的作用日益重要。本書介紹近年來出現(xiàn)的新型高性能功能聚合物載體、試劑、催化劑、離子交換樹脂、離子交換膜、分子印跡聚合物、有機(jī)薄膜光伏材料、新能源材料、高性能功能陶瓷及智能型醫(yī)用材料的合成方法、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用原理?！断冗M(jìn)功能材料》可供從事功能高分子化學(xué)、精細(xì)化學(xué)化工、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥、輕工及國防等領(lǐng)域科研工作的專業(yè)人員、高等學(xué)校教師、研究生、本科生閱讀，也可用作高分子化學(xué)化工學(xué)科的專業(yè)選修課教材。

書籍目錄

第1章 功能聚合物載體1.1 概述1.2 不溶性功能聚合物載體1.2.1 功能基化聚苯乙烯1.2.2 羥甲基化聚苯乙烯載體1.2.3 Ameba樹脂1.2.4 聚合物鍵聯(lián)異硫脲1.2.5 聚合物鍵聯(lián)TEMPO1.2.6 聚合物鍵聯(lián)的氯甲酸酯1.2.7 功能基化開環(huán)歧化聚合物1.2.8 聚苯乙烯接枝聚甘油1.2.9 聚合物負(fù)載卟啉1.3 可溶性功能聚合物載體1.3.1 概述1.3.2 聚乙二醇1.3.3 功能基化開環(huán)歧化聚合物1.3.4 功能基化可溶性聚苯乙烯1.3.5 微凝膠聚合物1.3.6 梳形聚合物1.3.7 星形聚合物1.3.8 樹枝狀聚合物1.3.9 聚乙烯鍵聯(lián)卟啉1.4 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第2章 離子交換樹脂2.1 概述2.1.1 離子交換樹脂的組成及作用原理2.1.2 離子交換樹脂的功能基及骨架結(jié)構(gòu)2.1.3 離子交換樹脂的交換容量2.2 離子交換熱力學(xué)2.2.1 離子交換等溫線2.2.2 熱力學(xué)表征2.2.3 離子交換過程的選擇性特征及影響因素2.3 離子交換動力學(xué)2.3.1 動力學(xué)機(jī)理2.3.2 速率決定步驟及動力學(xué)模型表征2.3.3 影響交換速率的因素2.4 新型離子交換樹脂2.4.1 螯合型離子交換樹脂2.4.2 配體離子交換樹脂及其手性識別作用2.4.3 兩性離子交換樹脂2.4.4 具有催化功能的離子交換樹脂2.4.5 離子交換樹脂在氣體處理中的應(yīng)用2.5 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第3章 高效高質(zhì)離子交換膜材料3.1 概述3.2 陰離子交換膜材料3.3 陽離子交換膜材料3.3.1 含氟陽離子交換膜材料3.3.2 非氟陽離子交換膜材料3.3.3 復(fù)合型陽離子交換膜材料3.4 離子交換膜材料的最新應(yīng)用3.4.1 陽離子交換膜的應(yīng)用3.4.2 陰離子交換膜的應(yīng)用3.4.3 雜化離子膜的應(yīng)用3.4.4 雙極膜的應(yīng)用3.4.5 電滲析的應(yīng)用3.5 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第4章 聚合物負(fù)載試劑4.1 概述4.2 聚合物負(fù)載無金屬（有機(jī)）氧化劑4.3 聚合物負(fù)載還原劑4.3.1 聚合物微凝膠鍵聯(lián)氫硼化物4.3.2 聚苯乙烯季銨錛負(fù)載氫硼化物4.3.3 開環(huán)歧化聚合物負(fù)載三苯基膦4.4 聚合物負(fù)載鹵化試劑4.4.1 聚合物季銨錨鍵聯(lián)疊氮化碘4.4.2 聚合物季銨镥負(fù)載的雙（乙酰氧）碘化物4.5 聚合物負(fù)載芐基化試劑4.5.1 可溶性開環(huán)歧化聚合物鍵聯(lián)芐基磺酸酯4.5.2 開環(huán)歧化聚合物鍵聯(lián)芐锍試劑4.6 聚合物負(fù)載?；噭?.6.1 交聯(lián)聚苯乙烯負(fù)載?；噭?.6.2 開環(huán)歧化聚合物凝膠負(fù)載的酰化劑4.6.3 聚合物微凝膠負(fù)載?；噭?.7 聚合物負(fù)載的其他試劑4.7.1 聚乙二醇負(fù)載三氟甲磺酰胺4.7.2 聚合物負(fù)載加成反應(yīng)試劑4.7.3 聚合物負(fù)載的霍納一埃蒙斯反應(yīng)試劑4.7.4 聚合物負(fù)載托斯米克試劑4.8 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第5章 聚合物負(fù)載有機(jī)催化劑5.1 概述5.2 聚合物負(fù)載酸性催化劑5.2.1 聚合物負(fù)載苯磺酸5.2.2 聚合物負(fù)載烷基苯磺酸5.2.3 聚合物負(fù)載的超強(qiáng)有機(jī)酸5.2.4 聚合物負(fù)載的氨基酸5.3 聚合物負(fù)載的堿性催化劑5.3.1 多毛微球負(fù)載的N，N一二烷胺基吡啶5.3.2 含氨基吡啶的樹枝狀聚合物5.3.3 聚合物負(fù)載的咪唑5.3.4 聚合物負(fù)載的雙環(huán)胍5.3.5 聚合物負(fù)載的二元胺5.3.6 聚合物負(fù)載的酰胺5.4 其他類型聚合物負(fù)載有機(jī)催化劑5.4.1 聚乙二醇鍵聯(lián)TEMPO5.4.2 聚合物負(fù)載的季銨鹽5.5 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第6章 聚合物負(fù)載金屬催化劑6.1 概述6.2 聚合物負(fù)載金屬催化劑的制備6.2.1 浸漬法6.2.2 聚合物微膠囊法6.2.3 聚合物箝閉法6.2.4 聚合物膠束箝閉法6.2.5 在功能聚合物表面固載化PMI-Mt催化劑6.2.6 離子鍵固定化法6.2.7 共價鍵固定化法6.2.8 特異及新穎結(jié)構(gòu)聚合物負(fù)載金屬催化劑6.3 負(fù)載催化劑的高分子效應(yīng)6.3.1 基位隔離效應(yīng)6.3.2 增穩(wěn)效應(yīng)6.3.3 選擇效應(yīng)6.4 聚合物負(fù)載金屬催化劑的應(yīng)用6.4.1 氫化反應(yīng)6.4.2 氧化反應(yīng)6.4.3 環(huán)氧烷化合物的催化水解動力學(xué)拆分6.4.4 氫甲?；?.4.5 硅氫化及硅腈化反應(yīng)6.4.6 關(guān)環(huán)歧化反應(yīng)6.4.7 烯炔碳環(huán)化反應(yīng)6.4.8 碳一碳偶聯(lián)反應(yīng)6.4.9 碳一氧與碳一氮偶聯(lián)反應(yīng)6.4.10 其他反應(yīng)6.5 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第7章 吸附分享功能樹脂7.1 概述7.1.1 吸附樹脂的骨架結(jié)構(gòu)7.1.2 吸附樹脂的孔結(jié)構(gòu)7.2 吸附過程的吸附平衡及吸附動力學(xué)性質(zhì)7.2.1 吸附平衡7.2.2 吸附過程的吸附動力學(xué)性質(zhì)7.2.3 影響吸附作用的因素7.3 新型吸附樹脂的合成及應(yīng)用7.3.1 均粒樹脂7.3.2 超大孔吸附樹脂7.3.3 清除樹脂7.3.4 超高交聯(lián)吸附樹脂7.4 結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)第8章 基于模板印跡的分子識別材料8.1 概述8.2 模板印跡識別材料的設(shè)計原理……第9章 有機(jī)薄膜光伏材料與器件第10章 新能源材料第11章 先進(jìn)功能陶瓷第12章 智能型醫(yī)用高分子材料參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：此后這一方法被迅速拓展到利用功能化聚合物為媒介在溶液中進(jìn)行各種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，包括：①聚合物載體鍵聯(lián)各種功能基團(tuán)后用于生物大分子（如寡核苷酸、寡糖）及各種有機(jī)化合物的合成。②功能聚合物鍵聯(lián)各種反應(yīng)物后用作高分子試劑（高分子氧化劑、高分子還原劑、高分子烷基化試劑、高分子?；噭┑龋＂酃δ芫酆衔镦I聯(lián)（負(fù)載）各種具催化功能的金屬和金屬絡(luò)合物后用作催化劑（高分子酸、高分子堿、高分子加氫催化劑、高分子氫甲?；呋瘎?、高分子相轉(zhuǎn)移催化劑、聚合催化劑等）。由于利用功能聚合物為媒介進(jìn)行的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)具有選擇性高，產(chǎn)物分離純化容易進(jìn)行，適合于連續(xù)化生產(chǎn)過程，使用過的功能聚合物可方便地回收，再生和重新使用等優(yōu)點，因而受到從事有機(jī)合成、生物大分子合成、催化研究科學(xué)家的重視，其研究課題已涉及化學(xué)的各個領(lǐng)域。迄今為止，利用功能聚合物為媒介在上述領(lǐng)域中所取得的輝煌成就無疑地證明聚合物媒介化學(xué)反應(yīng)具有無比廣闊的發(fā)展前景。就聚合物載體而言，不溶性交聯(lián)有機(jī)聚合物是最常用的載體材料，這是由于有機(jī)聚合物載體的“量體裁衣”（即裁制）容易實現(xiàn)，即可以通過對聚合方法的調(diào)控合成得到具有不同交聯(lián)度、孑L徑、比表面積、粒度的功能性有機(jī)聚合物載體，從而提高用以進(jìn)行的吸附分離過程以及有機(jī)和催化反應(yīng)的效率、反應(yīng)產(chǎn)物選擇性；另一方面，由于有機(jī)聚合物通常容易制成形狀規(guī)則的（如珠狀、圓盤式、單片狀等）載體，因而適用于柱式及連續(xù)化操作和生產(chǎn)。近年來，隨著高效低毒藥物及農(nóng)藥快速研發(fā)的需求及組合化學(xué)的迅猛發(fā)展，關(guān)于新型功能高分子載體與試劑的研究再度受到世界各國功能高分子化學(xué)家的極大重視。已經(jīng)設(shè)計、研發(fā)出許多結(jié)構(gòu)新穎和性能優(yōu)異的功能高分子材料，這些研究成果不僅大大推動了高分子科學(xué)的發(fā)展，同時對新型藥物、農(nóng)藥、精細(xì)化學(xué)品的快速研發(fā)做出了重大貢獻(xiàn)。由于功能聚合物載體支載化有機(jī)合成近年來取得的成果頗豐，本章只能選擇最具代表性的實例來說明此類功能聚合物載體的合成原理、結(jié)構(gòu)特點及其在聚合物支載化有機(jī)合成領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。

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《先進(jìn)功能材料》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

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