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從構建單位到3D網絡：CMPs的合成過程有何神奇之處？
導讀：共軛微孔聚合物（CMPs）是一種新興的多孔材料，具有出色的電導率和機械穩定性，並且其合成過程引發了科學界的廣泛關注。本文將探討CMPs的合成過程及其潛在應用，揭示這一前沿技術的魅力。
什麼是共軛微孔聚合物（CMPs）？
共軛微孔聚合物（CMPs）是一種與沸石、金屬有機框架和共價有機框架等結構相關的多孔材料，但其特點是無定形，而非結晶。CMPs是一類共軛聚合物，擁有導電性、機械剛性和不溶性的特性。這些聚合物的建構是通過以π-共軛的方式將多個基元鏈接在一起，形成三維網絡。這種共軛性使CMPs表現出優異的導電性和儲存性能。
CMPs的設計與合成
建立CMPs的單位必須擁有芳香系統，並擁有至少兩個反應性基團。為了生成CMPs的多孔結構，必須透過不同幾何形狀的基元進行交叉偶聯，從而形成三維聚合物骨架。相似幾何基元的自我縮合反應則能促成同分異構物的形成。CMPs的基元幾何形狀取決於其點群，分別包括C2、C3、C4與C6。
鈴木偶聯（Suzuki Coupling)
自1979年以來，鈴木偶聯已成為有效的芳香芳香鍵結形成的方法。
鈴木偶聯適合於大規模合成CMPs，因其反應條件溫和，且有商業化的有機硼試劑可供使用。反應中，鈴木偶聯需要在一些基礎的催化劑的作用下，進行有機卤化物與有機硼試劑的交叉偶聯。然而，鈴木偶聯的缺點是其對氧敏感，常常產生副產品，並且需要進行去氣處理。
索諾加希拉偶聯（Sonogashira Coupling）
索諾加希拉偶聯將芳香卤化物與炔基基團進行交叉偶聯，通常使用鋰銅共催化劑以及適當的基礎。這種方法具有技術簡單和功能兼容性優勢，且能通過調整單元的旋轉角度，實現CMPs的三維形成。
山本偶聯（Yamamoto Coupling）
山本偶聯能夠形成芳香卤化化合物的碳-碳鍵，使用的催化劑通常是二(環辛二烯)鎳(0)。這種方法的優勢在於僅需一個單一的卤素功能化單體，並且反應流程簡簡單便捷。儘管目前的研究主要集中在控制孔隙度和比表面積上，但山本偶聯方法的彈性有限。
施夫基反應（Schiff Base Reaction）
施夫基反應作為一種不需要金屬催化劑的方法，正逐漸受到關注。
施夫基反應中，胺基單體和含醛的單體反應生成CMPs的重複單元。這種方法因為使用工業規模便宜的多醛功能基單體而受到重視，並且產氮的特性對許多應用具潛在益處。
氰基環三聚反應（Cyano Cyclotrimerization）
氰基環三聚反應在高溫下進行，通常在熔融氯化鋅條件下進行。此過程中形成的C3N3環可進一步連結成三角平面，以此為輔助建構單元。該方法能夠鏈接四面體單體的特性，進而引起CMPs的合成。
CMPs的性質
CMPs的幾個物理性質均可歸因於其延伸的共軛性或微孔性。
電氣特性
像導電金屬一樣，共軛聚合物展示出電子能帶現象。共軛系統中的電子分布可能構成導電性，並且許多情況下可以吸收可見光，這為有機電子學和有機光子學的應用鋪平了道路。
物理特性
CMPs在表面積和孔徑方面展現出了很高的可調性。通過設計長剛性部分的單體，可以有效增加表面積。然而，CMPs的固有不溶性是廣泛應用的一大障礙。
CMPs的應用
自其發現以來，CMPs已被調查多種應用，其表面積在許多情況下可超過1000 m2/g。CMP的多孔性使其被評估為吸附劑，並在光電、超電容器、催化等領域展現了巨大的潛力。這些材料的多功能性使其能夠衍生出多樣的功能，並被廣泛應用於各種技術中。
隨著科技的進步，CMPs的合成將持續發展，並可能在未來帶來怎樣的突破？
