基于共轭微孔聚合物气凝胶的双相碘捕获材料设计与性能研究

针对核燃料循环中放射性碘（129I/131I）的高效捕获难题，研究人员通过Sonogashira偶联反应构建了两种新型共轭微孔聚合物气凝胶（ACMP-1/ACMP-2）。该材料在80℃下对气态碘吸附量达225.68%-379.44%，在环己烷溶液中吸附量达165.58-172.53 mg g?1，并通过π-共轭化学吸附与多级孔物理吸附协同机制实现优异性能，为核废料处理提供了稳定、可再生的解决方案。

　　

随着全球核能技术的快速发展，放射性碘同位素（¹²⁹I和¹³¹I）的治理成为核废料处理领域的重大挑战。这些同位素不仅半衰期长（¹²⁹I达1570万年），还具有极强的生物迁移性和甲状腺富集毒性，福岛核事故后更凸显其环境风险。传统吸附材料如银基化合物成本高昂，MOFs/COFs在辐射环境下稳定性不足，而活性炭吸附容量有限。面对这一"卡脖子"问题，共轭微孔聚合物（CMPs）因其可设计的π共轭骨架、永久微孔性和优异热稳定性，被视为极具潜力的替代材料。

兰州的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地将CMPs制备成气凝胶形态，以1,3,5-三乙炔苯为关键单体，分别与1,3-/1,4-二溴苯通过Sonogashira偶联反应合成ACMP-1/ACMP-2。通过调控溴代芳烃取代位点，实现了材料交联度和孔特性的精准控制。研究采用SEM、XPS、¹³C NMR、BET等表征技术，结合吸附动力学和热力学分析，系统评估了材料在气相和有机相中的碘捕获性能。

主要技术方法
研究通过一锅法溶胶-凝胶工艺构建气凝胶，利用Pd(0)/CuI双金属催化体系进行Sonogashira-Hagihara交叉偶联。采用TGA分析热稳定性（300℃以下保持稳定），通过循环压缩测试验证机械强度（压缩模量>110 kPa）。气相碘吸附实验在80℃静态系统进行，溶液吸附采用500 mg L^-1碘/环己烷体系，通过UV-Vis定量分析吸附量。

研究结果

材料表征
SEM显示材料具有三维互联多孔网络结构，BET测得ACMP-2比表面积显著高于ACMP-1（379.44% vs 225.68%吸附量）。XPS证实C≡C键成功转化为C=C键，¹³C NMR显示芳环共轭结构完整，FTIR谱图中2260 cm^-1处炔烃特征峰消失验证了完全聚合。

吸附性能
在80℃气相吸附中，ACMP-2因更高的交联度表现出超常吸附量（379.44%，相当于3.8 g I₂/g材料）。溶液吸附实验显示，两种材料在6小时内达到平衡，准二级动力学模型拟合更好（R²>0.99），表明化学吸附主导。吸附等温线符合Langmuir模型，暗示单分子层吸附特性。

再生性能
经过三次吸附-脱附循环（甲醇洗脱），材料保持88.99%-91.05%初始容量，TGA显示再生后热稳定性无显著下降，证明其工业化应用潜力。

结论与意义
该研究首次揭示了CMPs气凝胶中π共轭骨架与多级孔结构的协同吸附机制：大π键提供电子给体与I₂形成电荷转移络合物（化学吸附），而3D孔道促进碘分子扩散存储（物理吸附）。通过简单的取代位点调控，实现了从分子水平到宏观性能的精准设计，其吸附容量较传统活性炭提升4-7倍。

这项工作不仅为核应急响应提供了新型材料解决方案，更开创了CMPs在核环境治理中的应用范式。气凝胶的块体特性解决了纳米粉体难回收的工程难题，而优异的辐射稳定性（>300℃）使其适用于乏燃料后处理等极端环境。研究者提出的"结构-性能"调控策略，为后续开发靶向性更强的核素捕获材料提供了理论框架。