Conjugated microporous polymer
સંયોજિત માઇક્રોપોરસ પોલિમર (સીએમપી) એ છિદ્રાળુ સામગ્રીનો પેટા વર્ગ છે જે ઝિયોલાઇટ્સ, ધાતુ-કાર્બનિક માળખા અને સહસંયોજક કાર્બનિક માળખા જેવી રચનાઓ સાથે સંબંધિત છે, પરંતુ સ્ફટિકીયને બદલે પ્રકૃતિમાં આકારહીન છે. સીએમપી એ સંયુગ્મિત પોલિમરનો પેટા વર્ગ પણ છે અને તેમાં વાહકતા, યાંત્રિક કઠોરતા અને અદ્રાવ્યતા જેવા ઘણા સમાન ગુણધર્મો છે. CMPs એ π-સંયોજિત ફેશનમાં બિલ્ડિંગ બ્લોક્સને જોડવા દ્વારા બનાવવામાં આવે છે અને 3-D નેટવર્ક ધરાવે છે. જોડાણ સી. એમ. પી. ની પ્રણાલી દ્વારા વિસ્તરે છે અને સી. એમ. પી. ને વાહક ગુણધર્મો આપે છે. સીએમપીના બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ આકર્ષક છે કારણ કે બ્લોક્સ π એકમોમાં વ્યાપક વિવિધતા ધરાવે છે જેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને હાડપિંજરના ટ્યુનિંગ અને ઓપ્ટિમાઇઝેશન અને ત્યારબાદ સીએમપીના ગુણધર્મોને મંજૂરી આપે છે. મોટાભાગના બિલ્ડિંગ બ્લોક્સમાં આલ્કાઈન્સ જેવા કઠોર ઘટકો હોય છે જે માઇક્રોપોરોસિટીનું કારણ બને છે. સીએમપીનો ઉપયોગ ગેસ સંગ્રહ, વિજાતીય ઉત્પ્રેરણ, પ્રકાશ ઉત્સર્જન, પ્રકાશ લણણી અને વિદ્યુત ઊર્જા સંગ્રહમાં થાય છે. ડિઝાઇન અને સંશ્લેષણ CMP ના નેટવર્કને બનાવતા બિલ્ડિંગ બ્લોક્સમાં સુગંધિત પ્રણાલી હોવી જોઈએ અને તેમાં ઓછામાં ઓછા બે પ્રતિક્રિયાશીલ જૂથો હોવા જોઈએ. સીએમપીની છિદ્રાળુ રચના પેદા કરવા માટે, 3-ડી પોલિમર બેકબોન બનાવવા માટે વિવિધ ભૂમિતિઓ સાથે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સનું ક્રોસ-કપલિંગ જરૂરી છે, જ્યારે સમાન ભૂમિતિવાળા બિલ્ડિંગ બ્લોક્સના હોમો-કપલિંગમાં સ્વ-ઘનીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે. બિલ્ડિંગ બ્લોક્સની ભૂમિતિ તેમના બિંદુ જૂથ પર આધારિત છે. C2, C3, C4, C6 એ CMP ના બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ માટે જોવામાં આવતી ભૂમિતિઓ છે. સુઝુકી કપલિંગ 1979 થી, સુઝુકી કપલિંગ એરીલ-એરિલ બોન્ડની રચના માટે એક કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. સીએમપી માટે બાયફિનાઇલ પુનરાવર્તન એકમની રચના માટે સુઝુકી જોડાણની પ્રતિક્રિયા શરતોમાં કેટલાક આધારની હાજરીમાં કાર્બનિક હેલાઇડ અથવા સલ્ફોનેટ સાથે ઓર્ગેનો-બોરોન રીએજન્ટનું પેલેડિયમ ઉત્પ્રેરિત ક્રોસ-જોડાણ સામેલ છે. સીએમપીનું સંશ્લેષણ કરવા માટે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાનો એક ફાયદો એ છે કે પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ હળવી હોય છે, ઓર્ગેનો-બોરોન રીએજન્ટ્સની વ્યાવસાયિક ઉપલબ્ધતા હોય છે, અને પ્રતિક્રિયામાં ઉચ્ચ કાર્યાત્મક જૂથ સહિષ્ણુતા હોય છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ CMP ના મોટા પાયે સંશ્લેષણ માટે શ્રેષ્ઠ રીતે થાય છે. સુઝુકી જોડાણની ખામી એ છે કે પ્રતિક્રિયા ઓક્સિજન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે, જે ઘણીવાર સાઇડ પ્રોડક્ટ્સ તરફ દોરી જાય છે, તેમજ પ્રતિક્રિયાને ડીગેસ કરવાની જરૂર પડે છે. સોનોગશીરા જોડાણ એરીલ હેલાઈડ્સ અને આલ્કાઈનલ જૂથોનું સોનોગશીરા ક્રોસ-જોડાણ પાયાની હાજરીમાં પેલેડિયમ-તાંબાના સહ-ઉત્પ્રેરક સાથે થાય છે. પ્રાપ્ત થયેલી સુધારેલી પ્રતિક્રિયાત્મકતાને કારણે જોડાણમાં પેલેડિયમ-તાંબાના સહ-ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ થાય છે. સોનોગશીરા જોડાણ પ્રતિક્રિયાઓ ફાયદાકારક છે કારણ કે પ્રતિક્રિયામાં તકનીકી સરળતા તેમજ કાર્યાત્મક જૂથ સુસંગતતા છે. 3-ડી નેટવર્ક હાંસલ કરવા માટે પ્લેનર મોનોમર્સમાં એલ્કાઇનના પરિભ્રમણની સરળતાને કારણે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સીએમપી સરળતાથી રચાય છે. સીએમપીના છિદ્રોના વ્યાસને નિયંત્રિત કરવા માટે આ પ્લેનર મોનોમર્સની તાકાતને ટ્યુન કરી શકાય છે. સોનોગશીરા જોડાણ પ્રતિક્રિયામાં દ્રાવકો પણ સીએમપીની રચનામાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે. સીએમપીના સંશ્લેષણને શ્રેષ્ઠ સુવિધા આપતા દ્રાવકો ડાઇમિથાઇલફોર્મામાઇડ, 1,4-ડાયોક્સેન અને ટેટ્રાહાઇડ્રોફુરન છે. આ દ્રાવકો આડપેદાશ તરીકે ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજન હેલાઇડની રચનાને નિષ્ક્રિય કરવામાં મદદ કરે છે. મોનોમર તરીકે ટર્મિનલ આલ્કાઈન્સનો ઉપયોગ કરવાનો ગેરલાભ એ છે કે ટર્મિનલ આલ્કાઈન્સ ઓક્સિજનની હાજરીમાં સહેલાઈથી હોમોકપલિંગમાંથી પસાર થાય છે, તેથી પ્રતિક્રિયા ઓક્સિજન અને પાણીની હાજરી વિના હાથ ધરવામાં આવવી જોઈએ. યામામોટો જોડાણ યામામોટો જોડાણમાં, એરિલ હેલોજેનાઇડ સંયોજનોના કાર્બન-કાર્બન બંધ સંક્રમણ ધાતુ ઉત્પ્રેરકમાંથી મધ્યસ્થી દ્વારા રચાય છે, જે સામાન્ય રીતે બિસ (સાયક્લોઓક્ટેડીન) નિકલ (0) હોય છે, જેને ઘણીવાર ની (કોડ) 2 તરીકે લખવામાં આવે છે. યામામોટો જોડાણનો એક ફાયદો એ છે કે માત્ર એક જ હેલોજન કાર્યાત્મક મોનોમર જરૂરી છે, જે મોનોમર પ્રજાતિઓમાં વિવિધતા તરફ દોરી જાય છે, તેમજ એક સરળ પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયા પણ છે. જ્યારે સીએમપીમાં મોટાભાગના સંશોધન છિદ્રોના કદ અને સપાટીના વિસ્તારને નિયંત્રિત કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, ત્યારે યામામોટો કપ્લિંગ્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોનોમર્સમાં લવચીકતાનો અભાવ સીએમપીમાં મુક્ત વોલ્યુમ અને છિદ્રાળુતાને માર્ગ આપે છે. તાજેતરમાં જ યામામોટો કપલિંગ દ્વારા નિયંત્રિત છિદ્રોના કદ અને સપાટી વિસ્તાર CMP નોંધવામાં આવ્યા છે. ઇફઝાન અને અન્ય લોકોએ પણ તાજેતરમાં યામામોટો જોડાણ પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને વિપરીત-પૂર્વનિર્ધારિત [6] CMPનો અહેવાલ આપ્યો હતો. શિફ આધાર પ્રતિક્રિયા CMPs નું સંશ્લેષણ કરવા માટે હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોટાભાગના અભિગમો ધાતુના ઉત્પ્રેરકની હાજરીને કારણે નિર્જલ અને ઓક્સિજન મુક્ત વાતાવરણમાં હાથ ધરવા જોઈએ. ધાતુના ઉત્પ્રેરકના ઉપયોગને કારણે, પોલિમરમાં અનિવાર્યપણે ટ્રેસ ધાતુઓ હાજર હોય છે. શિફ બેઝ પ્રતિક્રિયા જેવી પ્રતિક્રિયાઓએ ખૂબ ધ્યાન ખેંચ્યું છે કારણ કે પ્રતિક્રિયાઓ ધાતુ મુક્ત છે. શિફ બેઝમાં, એમાઇન આધારિત મોનોમર્સ અને મોનોમર્સ ધરાવતા એલ્ડિહાઇડ CMP માટે પુનરાવર્તિત એકમ બનાવવા માટે પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે. બહુવિધ એલ્ડિહાઇડ કાર્યાત્મક જૂથો ધરાવતા ઔદ્યોગિક સ્કેલના સસ્તા મોનોમર્સને કારણે શિફ બેઝ એ પસંદગીની ધાતુ મુક્ત પદ્ધતિ છે. શિફ બેઝનો બીજો ફાયદો એ છે કે સીએમપી બનાવવા માટે નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન થાય છે, જે ઘણા ઉપયોગો માટે ફાયદાકારક હોઈ શકે છે. સાયનો સાયક્લોટ્રિમરાઇઝેશન સાયનો સાયક્લોટ્રિમરાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓ આયનોથર્મલ પરિસ્થિતિઓમાં થાય છે, જ્યાં CMPs ઊંચા તાપમાને પીગળેલા ઝિંક ક્લોરાઇડમાં મેળવવામાં આવે છે. બાંધકામ એકમો C3N3 રિંગ્સ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ વીંટીઓને પછી ગૌણ નિર્માણ એકમ તરીકે ત્રિકોણાકાર સમતલ સાથે જોડવામાં આવે છે. સાયક્લોટ્રિમરાઇઝેશનનો ઉપયોગ ઘણીવાર CMP બનાવવા માટે ટેટ્રાહેડ્રલ મોનોમર્સને જોડવા માટે થાય છે. સીએમપી કે જે સાયનો સાયક્લોટ્રિમરાઇઝેશન દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે તે સાંકડા માઇક્રોપોર કદના વિતરણ, એચ 2 શોષણની ઉચ્ચ એન્થાલ્પીઝ અને ઝડપી પસંદગીયુક્ત ગેસ શોષણ દર્શાવે છે. ગુણધર્મો CMP ના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મોને તેમના વિસ્તૃત સંયુગ્મન અથવા માઇક્રોપોરોસિટીને આભારી ગણી શકાય. વિદ્યુત ગુણધર્મો વાહક ધાતુઓની જેમ, સંયુગ્મિત પોલિમર ઇલેક્ટ્રોનિક બેન્ડ પ્રદર્શિત કરે છે. સંયુગ્મિત પ્રણાલીના ઇલેક્ટ્રોન સંયોજકતા પટ્ટી પર કબજો કરે છે અને આ પટ્ટીમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા અથવા ઉચ્ચ ઊર્જા વાહક પટ્ટીમાં ઇલેક્ટ્રોનનો ઉમેરો વાહકતા તરફ દોરી શકે છે. સંયુગ્મિત પદાર્થો ઘણા કિસ્સાઓમાં તેમના ડીલોકલાઇઝ્ડ π-સિસ્ટમને કારણે દૃશ્યમાન પ્રકાશને શોષી શકે છે. આ ગુણધર્મો કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને કાર્બનિક ફોટોનિક્સમાં ઉપયોગ તરફ દોરી ગયા છે. ભૌતિક ગુણધર્મો CMP સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રોના કદના સંદર્ભમાં ઉચ્ચ સ્તરની સુસંગતતા દર્શાવે છે. મોનોમર્સને સપાટીના વિસ્તારને વધારવા માટે લાંબા સમય સુધી કઠોર મોઇટીઝ સાથે ડિઝાઇન કરી શકાય છે. CMP-1,4 થી CMP-5 ની શ્રેણી સપાટીના વિસ્તારમાં 500 m2/g થી 1000 m2/g સુધી નાટકીય વધારો દર્શાવે છે. સપાટીના વિસ્તારમાં વધારો વિવિધ ઉપયોગો માટે વિવિધ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક સંયોજનોથી ભરવાની તેમની ક્ષમતામાં ભારે સુધારો કરી શકે છે. વધેલા સપાટી વિસ્તાર ગેસ સોર્પશન ક્ષમતાઓમાં પણ સુધારો કરી શકે છે. સી. એમ. પી. ની મુખ્ય ખામી તેમની સહજ અદ્રાવ્યતા છે. આ અદ્રાવ્યતા મોનોમર્સની લાંબી કઠોર સ્થિતિને કારણે થાય છે. દ્રાવ્ય બાજુ-સાંકળોના ઉમેરા દ્વારા દ્રાવ્યતા વધારવા માટે ઘણા પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે પરંતુ આ હજુ પણ વ્યાપક ઉપયોગો માટે અવરોધ છે. એપ્લિકેશન્સ CMP ની શોધ થઈ ત્યારથી ઘણી એપ્લિકેશનો માટે તપાસ કરવામાં આવી છે. CMPમાં સપાટીનો વિસ્તાર ઘણા કિસ્સાઓમાં 1000 m2/g કરતાં વધી શકે છે, જોકે સંબંધિત છિદ્રાળુ સુગંધિત માળખા, જેમાં વિસ્તૃત સંયોજનનો અભાવ હોય છે, તેમાં 5500 m2/g કરતા વધુ સપાટીનો વિસ્તાર હોઈ શકે છે. આ પદાર્થોની છિદ્રાળુતા તેમના સોર્બેન્ટ્સ તરીકે મૂલ્યાંકન તરફ દોરી ગઈ છે. તાજેતરના કાર્યોએ ઉત્પ્રેરકની દ્રષ્ટિએ તેમની ક્ષમતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે, ઉદાહરણ તરીકે 'ધાતુ-કાર્બનિક સીએમપી' ના સ્વરૂપમાં, અને પ્રકાશ લણણી માટે પણ, અને સુપરકેપેસિટર્સ તેમના અત્યંત સંયોજિત પ્રકૃતિનો લાભ લઈ રહ્યા છે. CMP સામગ્રી માટે દાવો કરાયેલ વધુ એક ફાયદો એ છે કે તેમને કાર્યાત્મક જૂથોની વિશાળ શ્રેણી સાથે વ્યુત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા છે. સીએમપી ઘણા એવા ક્ષેત્રોમાં લાગુ કરવામાં આવ્યા છે જે તેમના ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો અને છિદ્રાળુ પ્રકૃતિ બંનેનો લાભ લે છે. ફોટોવોલ્ટેઇકમાં ઉપયોગ માટે ટી. ઓ. ઓ. 2 જેવી અકાર્બનિક સામગ્રીથી છિદ્રો ભરી શકાય છે. તેમને ઇલેક્ટ્રોનિક જંકશન તરીકે સેવા આપવા માટે પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. તેઓ છિદ્રોની અંદર અને બહારના પ્રવાહને મંજૂરી આપે છે જેનો ઉપયોગ સપાટીના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કાર્યક્રમો માટે થઈ શકે છે. સંદર્ભો છિદ્રાળુ માધ્યમો