Skupina mikroporézních polymerů
Katedra fyzikální a makromolekulární chemie Přírodovědecká fakulta UK
Vedoucí skupinydoc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
jan.sedlacek@natur.cuni.cz
V září 2019 jsme se účastnili konference v německém Bayreuthu
Výzkumný záměr
Vývoj porézních materiálů s permanentními mikropóry (průměr do 2 nm) a/nebo mesopóry (průměr 2 – 50 nm) a s vysokým specifickým povrchem (stovky až několik tisíc m2/g) patří k nejdůležitějším směrům současného materiálového výzkumu. Materiály tohoto typu jsou zajímavé zejména pro katalytické a sorpční aplikace. Mikro/mesoporézní materiály mohou sloužit jako heterogenní katalyzátory nebo jako nosiče pro zakotvení původně homogenních katalyzátorů, ale též jako sorbenty pro zachycování, separaci a případné skladování plynů nebo par a pro selektivní sorpci látek rozpuštěných v roztocích. V posledním zhruba desetiletí byl výzkum v této oblasti obohacen o novou skupinu mikro/mesopézních materiálů označovaných nejčastěji jako „mikroporézní organické polymery“ (MOP). MOP jsou uhlovodíkové polymery často s heteroatomickými skupinami obsahujícími O, N, F, S, Cl, u kterých je propojení atomů a skupin realizováno výhradně kovalentními vazbami. Naprostá většina popsaných MOP má kovalentní strukturu polymerních sítí složených z rigidních segmentů, které jsou v sítích hustě propojeny. Tato struktura zabraňuje segmentům sítí zaujmout těsnější uspořádání, v důsledku čehož mezi segmenty vznikají permanentní mikropóry. Případná tvorba mesopórů v MOP (probíhající bez templátování) je důsledkem propojování drobných částeček mikroporézního polymeru v průběhu syntézy.
Naše skupina se zabývá návrhy, vývojem a syntézou MOP typu konjugovaných sítí a studiem vztahů mezi způsobem a podmínkami přípravy na straně jedné a strukturními, texturními a funkčními parametry připravených MOP na straně druhé. Konjugovaný charakter sítí přispívá primárně k jejich rigiditě a tím k mikroporézní textuře, nicméně, může být i zdrojem zajímavých funkčních vlastností sítí, například fotoluminiscence. Jako základní stavební bloky pro syntézu MOP jsme si oblíbili arylacetyleny, které transformujeme na polyacetylenické a polycyklotrimerní MOP řetězovými i neřetězovými (katalyzovanými i spontánními) polymerizacemi. Tyto reakce se snažíme „vychovat“ tak, aby jejich produkty obsahovaly póry v požadovaném množství i velikosti a navíc, aby stěny těchto pórů měly chemické složení vhodné pro zamýšlené aplikace. Připravené MOP jsou většinou hezky barevné (z důvodu rozsáhle konjugace), nicméně další informace o jejich složení, struktuře a textuře vyžadují důkladnější analýzu především metodami IR, UV/vis, fluorescenční a 13C CP/MAS NMR spektroskopie, elektronové mikroskopie a adsorpční analýzy. Samozřejmě důležitou otázkou je, zda námi připravené MOP „umí“ to co se od nich očekává. Tuto otázku řešíme s kolegy z Ústavu fyzikální chemie J. H. AVČR a z VŠCHT v Praze. A odpověď? Některé připravené sítě vykazují vysoké kapacity při záchytu oxidu uhličitého a par nižších alkoholů, jiné se chovají jako heterogenní organokatalyzátory. A ještě jiné – tam je třeba navrhnout alternativní provedení polymerizací, případně zapojit i postpolymerizační modifikace MOP. Pokud se na řešení některých z těchto úkolů chcete podílet v rámci vypracování své bakalářské, magisterské nebo disertační práce, přijďte se k nám podívat.
Granty
Aktuálně řešené:
- Racionální design pokročilých měkkých funkčních materiálů řízený pokročilou NMR spektroskopií pevného stavu a vysoce výkonnou elektronovou mikroskopií (GAČR, 2020-2022)
Řešitelé: Ing. Jiří Brus, Dr., Prof. RNDr. Karel Procházka, DrSc., doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
- Vývoj mikroporézních hypersesíťovaných polymerů s katalyticky a sorpčně aktivními segmenty typu kvarterních amoniových solí (GAUK, 2020-2022)
Řešitel: Mgr. Alena Hašková
- Nové mikroporézní materiály pro sorpční a katalytické aplikace na bázi funkcionalizovaných hustě sesíťovaných polyacetylenů (GAUK, 2019-2021)
Řešitelé: Mgr. Lucie Havelková, Mgr. David Šorm
Ukončené:
- Mikroporézní polymery typu polyacetylenových sítí pro aplikace v heterogenní katalýze (GAČR, 2017-2019)
Řešitel: doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
- Konjugované mikroporézní polymery s laditelnou velikostí pórů připravené kombinací polymerizačních a templátovacích technik (GAUK, 2017-2019)
Řešitelé: Bc. Jiří Sokol, Mgr. Alena Hašková
- Nové porézní materiály na bázi sítí konjugovaných polymerů obsahujících permanentní a konstitučně dynamické (reverzibilně uvolnitelné) příčné spoiky (GAČR, 2015-2017)
Řešitel: doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
- SESKUPIT (MŠMT, 2016)
Řešitel: doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
- Funkcionalizované mikroporézní organické polymery pro adsorpční aplikace. (GAUK, 2014-2016)
Řešitel: RNDr. Eva Slováková, Ph.D.
- Příprava iontových polymerů metodou kvarternizační polymerizace (GAUK, 2012-2014)
Řešitel: Mgr. Tomáš Faukner, Ph.D.
- Porézní organické polymery odvozené od ethynylpyridinů. (GAUK, 2012-2014)
Řešitel: Mgr. Sabina Stahlová, Ph.D.
- Organické nanoporézní polymery odvozené od arylacetylenů jako materiály pro skladování vodíku (GAČR, 2011-2013)
Řešitel: doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
Postdoktorandi
Bogdana Bashta Ph.D. (2017)
Ph.D. studenti
Mgr. Alena Hašková
Mgr. Lucie Havelková
Pregraduální studenti
Štěpánka Titlová
Bc. Jiří Sokol
Bývalí studenti a kolegové
Mgr. Yulia Zhernakova
Mgr. Sabina Stahlová, Ph.D.
Mgr. Tomáš Faukner, PhD.
Mgr. Radoslava Sivkova, Ph.D.
RNDr. Eva Slováková, Ph.D.
Publikace
Sulfonated Hyper-Cross-Linked Porous Polyacetylene Networks As Versatile Heterogeneous Acid Catalysts
Lada Sekerová, Pavlína Březinová, Thuy Tran Do, Eliška Vyskočilová, Jiří Krupka, Libor Červený, Lucie Havelková, Bogdana Bashta, and Jan Sedláček
ChemCatChem, 2020
Synthesis of Hyper-Cross-Linked Microporous Poly(phenylacetylene)s Having Aldehyde and Other Groups and Their Chemisorption and Physisorption Ability
Lucie Havelková, Alena Hašková, Bogdana Bashta, Jiří Brus, Miloslav Lhotka, Eva Vrbová, Martin Kindl, Eliška Vyskočilová and Jan Sedláček
European Polymer Journal, 2019
DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2019.02.039
Hyper‐Cross‐Linked Polyacetylene‐Type Microporous Networks Decorated with Terminal Ethynyl Groups as Heterogeneous Acid Catalysts for Acetalization and Esterification Reactions
Lada Sekerková, Miroslav Lhotka, Eliška Vyskočilová, Tomáš Faukner, Eva Slováková, Jiří Brus, Libor Červený and Jan Sedláček
Chem. Eur. J., 2018
Homo- and Copolycyclotrimerization of Aromatic Internal Diynes Catalyzed with Co2(CO)8: A Facile Route to Microporous Photoluminescent Polyphenylenes with Hyperbranched or Crosslinked Architecture
Jan Sedláček, Jiří Sokol, Jiří Zedník, Tomáš Faukner, Martin Kubů, Jiří Brus and Olga Trhlíková
Macromol. Rapid Commun., 2017
Substituted Polyacetylenes Prepared with Rh Catalysts: From Linear to Network-Type Conjugated Polymers
Jan Sedláček and Hynek Balcar
Polymer Reviews, 2017
DOI: 10.1080/15583724.2016.1144207
Microporous conjugated polymers via homopolymerization of 2,5-diethynylthiophene
Dmitrij Bondarev, Radoslava Sivkova, Pavol Šuly, Martina Polášková, Ondřej Krejčí, Radka Křikavová, Zdeněk Trávníček, Arnošt Zukal, Martin Kubů and Jan Sedláček
European polymer journal, 2017
DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2017.04.042
Unexpectedly Facile Rh(I) Catalyzed Polymerization of Ethynylbenzaldehyde Type Monomers: Synthesis of Polyacetylenes Bearing Reactive and Easy Transformable Pendant Carbaldehyde Groups
Jan Sedláček, Lucie Havelková, Jiří Zedník, Radek Coufal, Tomáš Faukner, Hynek Balcar and Jiří Brus
Macromol. Rapid Commun., 2017
Ionic π-Conjugated Polymer Networks by Catalyst-Free Polymerization, Photoluminescence and Gas Sorption Behavior
Tomáš Faukner, Arnošt Zukal, Jiří Brus, Jiří Zedník and Jan Sedláček
Macromol. Chem. Phys., 2016
Copolymerization of N-(prop-1-yne-3-yl)-4-(piperidine-1-yl)-1,8-naphthalimide with Arylacetylenes into Fluorescent Polyacetylene-Type Conjugated Polymers
Radoslava Sivkova, Olga Trhlíková, Jiří Zedník and Jan Sedláček
Macromol. Chem. Phys., 2015
Chain-growth copolymerization of functionalized ethynylarenes with 1,4-diethynylbenzene and 4,4′-diethynylbiphenyl into conjugated porous networks
Sabina Stahlová, Eva Slováková, Petra Vaňkátová, Arnošt Zukal, Martin Kubů, Jiří Brus, Dmitrij Bondarev, Robert Moučka, Jan Sedláček
European Polymer Journal, 2015
DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2015.03.070
Chain-Growth Insertion Polymerization of 1,3-Diethynylbenzene 
High Internal Phase Emulsions into Reactive π-Conjugated Foams
Eva Slováková, Marjan Ješelnik, Ema Žagar, Jiří Zedník, Jan Sedláček and Sebastijan Kovačič
Macromolecules, 2014
DOI: 10.1021/ma501142d
Transition-Metal-Catalyzed Chain-Growth Polymerization of 1,4-Diethynylbenzene into Microporous Crosslinked Poly(phenylacetylene)s: the Effect of Reaction Conditions
Eva Slováková, Arnošt Zukal, Jiří Brus, Hynek Balcar, Libor Brabec, Dmitrij Bondarev and Jan Sedláček
Macromol. Chem. Phys., 2014
New Hyper-Crosslinked Partly Conjugated Networks with Tunable Composition by Spontaneous Polymerization of Ethynylpyridines with Bis(bromomethyl)arenes: Synthesis, Spectral Properties, and Activity in CO2 Capture
Sabina Petrášová, Arnoš Zukal, Jiří Brus, Hynek Balcar, Jakub Pastva, Jiří Zedník and Jan Sedláček
Macromol. Chem. Phys., 2013
Polycyclotrimers of 1,4-Diethynylbenzene, 2,6-Diethynylnaphthalene, and 2,6-Diethynylanthracene: Preparation and Gas Adsorption Properties
Arnošt Zukal, Eva Slováková, Hynek Balcar and Jan Sedláček
Macromol. Chem. Phys., 2013
Polyacetylene-Type Networks Prepared by Coordination Polymerization of Diethynylarenes: New Type of Microporous Organic Polymers
Vladimíra Hanková, Eva Slováková, Jiří Zedník, Jiří Vohlídal, Radoslava Sivkova, Hynek Balcar, Arnošt Zukal, Jiří Brus and Jan Sedláček
Macromol. Rapid Commun., 2012
Seznam všech publikací - Web of Science
Akce dokumentů