核废料中的放射性碘（如129I、131I）是威胁环境与人类健康的重要污染物，其高效捕获一直是全球核污染治理的难点。近日，吉林大学化学学院杨英威教授团队发表了相关的最新研究成果，该团队设计并构建了一种卤素键驱动的柱芳烃基超分子聚合物，用于快速碘捕获。
图1. 10BPTP和2BPTP合成路线以及碘吸附示意图
该研究团队选用柱[5]芳烃衍生物（10BrP5）作为卤素键供体，以三(4-(吡啶-4-基)苯基)胺（TPPA）作为强卤素键受体，通过卤素键相互作用成功构建了柱芳烃基超分子聚合物10BrP5-TPPA（简称10BPTP，图1）。研究团队采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱以及密度泛函理论计算等多种表征手段，系统验证了10BPTP中Br···N卤素键的形成及电荷转移相互作用的存在。实验表明，10BPTP展现出卓越的碘捕获能力。对溶液中碘的捕获动力学速率为2.7×10-2 g mg-1 min-1（图2），而对挥发性碘的去除速率达到1.57 g g-1 h-1，同时，表现出较高的吸附容量（图3）。与对照材料2BPTP相比，10BPTP的高效吸附性能主要归因于其独特的海绵状微观结构，这种结构显著促进了碘分子的快速扩散。此外，10BPTP还展现出优异的热稳定性和化学稳定性，确保了在碘吸附过程中材料结构的完整性。进一步研究表明，该材料具有良好的溶剂和酸碱稳定性，在多种有机溶剂及不同pH值的溶液环境中仍能维持初始结构，显示出良好的实际应用潜力。
图2. 不同合成条件下得到的10BPTP对水溶液中碘的吸附
图3. 10BPTP对碘（蒸汽和环己烷溶液）的捕获性能及与其他材料的吸附速率对比
该研究开发了一种新型的高效碘吸附剂，证明了卤素键驱动组装在构建高稳定性功能材料中的独特优势，为开发应用于核废料处理、工业废气净化等领域的功能材料提供了新的结构设计思路。近期，该工作发表在《ACS Materials Letters》上，得到国家自然科学基金（52173200）及吉林省自然科学基金（20230101052JC）的支持。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.5c00539
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