1.引 言

二氧化碳（CO2)作为主要的温室气体之一，对全球气候变化的加剧起到了至关重要的作用。为了实现温室气体减排目标，开发高效的CO2捕集技术成为当前科学界和工业界的热点之一。

传统的CO2捕集技术，如溶剂吸收、膜分离等，存在着高能耗和操作成本等问题。

近年来，高分子基多孔材料因其优异的孔隙结构和化学可调性，成为CO2捕集研究的新兴方向之一。

高分子基多孔材料在CO2捕集中的优势，主要体现在其可调节的孔道结构、较高的比表面积以及通过表面功能化提高气体选择性的能力。

因此，越来越多的研究集中在高分子基材料的合成、结构优化和吸附性能研究上，尤其是如何通过调节孔径分布和表面官能团来提升材料的CO2吸附能力。

2.高分子基多孔材料的性能

高分子基多孔材料的孔道结构、比表面积以及化学性质是决定其CO2吸附性能的关键因素。根据材料的合成方法和孔道结构特征，常见的高分子基多孔材料可分为以下几类：

1、聚合物凝胶：聚合物凝胶通过交联

聚合物单体形成三维网络结构，通常具有较高的比表面积和孔隙度，能够有效地吸附CO2分子。

2、共聚物：共聚物通过不同单体的共聚合形成具有多样功能的高分子材料。这些材料可以通过控制共聚单体的比例来调整孔道结构，从而提高对CO2的选择性。

3、交联聚合物：交联聚合物通过交联反应将聚合物链连接成网络结构，具有较强的化学稳定性，适合长时间的CO2吸附。

此外，复合材料也是当前研究中的热点，通过将高分子材料与金属有机框架（MOFs)或无机纳米材料结合，可以进一步提高材料的吸附性能。

2、高分子基多孔材料的性能优化

尽管高分子基多孔材料在CO2捕集领域表现出优异的前景，但其在实际应用中仍然面临一些挑战，主要包括吸附容量、选择性、热稳定性和循环稳定性等问题。

因此，如何进一步优化其性能，以提高其在工业和环境保护中的实际应用价值，成为当前研究的重点。

近年来，许多优化策略相继被提出，以提升高分子基多孔材料的吸附性能和稳定性。

一方面，孔道结构的调节是提高材料吸附容量和选择性的有效途径。通过精确设计孔径和孔隙度，可以优化材料的吸附特性，增加CO2分子与材料的接触面积，从而提升吸附能力。

另一方面，表面官能团的引入与修饰也是重要的优化手段。例如，极性官能团如氨基、羧基等可以增强材料对CO2的吸附性能，并提高其在不同环境条件下的稳定性。

此外，提高材料的热稳定性和循环稳定性也是性能优化的关键。通过优化材料的合成工艺，使用具有较高热稳定性的聚合物，或引入交联反应增强聚合物网络的稳定性，可以延长材料的使用寿命并提高其在高温条件下的性能。

在循环稳定性方面，开发可再生的CO2吸附－解吸技术，或者设计具备自我修复能力的材料，是提升材料经济性和实用性的关键方向。这些优化策略不仅提升了高分子基多孔材料的吸附能力和稳定性，还推动了其在CO2捕集技术中的广泛应用，特别是在应对全球气候变化和温室气体减排方面具有重要意义。

2. 1 孔道结构调控

孔道结构是决定高分子基多孔材料CO2 吸附性能的最重要因素之一。孔径、比表面积、孔隙度和孔容等参数直接影响气体的吸附量和吸附速率。通过精确调控这些参数，可以显著提高材料的CO2吸附性能。以下是几种常见的孔道结构调控方法：孔径调控，孔径调控是影响吸附性能的一个重要因素，尤其在二氧化碳（CO2)吸附材料的设计中。研究表明，适中的孔径能够提供最佳的吸附效果。孔径过大时，虽然能够加速CO2分子的扩散速率，但会导致吸附容量的下降，因为大孔隙可能无法有效地捕捉和固定CO2分子2分子与材料表面之间的接触，但会限制CO2分子的进入，从而降低整体的吸附效率。因此，合成具有窄分布孔径的材子在孔隙中有足够的停留时间，同时避免孔隙过小带来的阻碍。

这种孔径调控技术，不仅提高了吸附性能，还优化了材料的选择性和长期稳定性。

比表面积优化，提高材料的比表面积是增强CO2吸附量的关键策略。较大的比表面积可以为吸附提供更多的有效位点，从而增加CO2分子的吸附量。

研究表明，采用不同的合成方法，如溶剂热法、气相法和水热法等，可以获得具有更大比表面积的材料，这些方法能够促进多孔道结构的形成，并显著提高材料的吸附性能以优化其孔隙结构。

在交联过程中，材料的网络结构得到增强，形成了更多可供吸附的微孔和介孔道结构。适当的交联可以有效地调节孔隙的大小和分布，使得材料具有更好的吸附能力和稳定性。这些优化策略不仅增强了CO2的吸附用性和再生性能，适用于实际应用中的CO2捕集技术。

孔隙度与孔容调整，高孔隙度和孔容对于气体存储量和扩散速度具有重要影响。通过调节聚合物链的构象和交联程度，可以有效地控制材料的孔隙大小和分布，从而优化其吸附和分离性能。高孔隙度通常意味着材料能够容纳更多的气体分子，这对于提升CO2的吸附容量至关重要。

此外，合理的孔容不仅能增加气体存储量，还能促进气体在孔隙中的扩散，提高气体的流动性和反应速率，通过控制聚合物的交联程度，可以精确地调节材料的孔隙结构。例如，适度的交联能增加材料的稳定性，同时防止孔隙塌陷，确保材料在实际应用中的长期有效性，交联程度过高可能导致孔隙结构过于紧密，从而限制了气体的扩散和吸附容量，因此需要在孔隙度、孔容和交联程度之间找到一个最佳平衡，以实现最优的吸附效果和分离性能

2. 2 表面修饰与功能化

表面修饰与功能化是提高高分子基多孔材料CO2吸附性能的重要策略。通过引入不同的表面官能团，尤其是极性官能团，可以显著提高材料与CO2的相互作用力，从而增强吸附能力。

常见的修饰方法包括：极性官能团引入，极性官能团的引入是提高高分子材料CO,吸附性能的常见策略。CO2分子本身具有较强的偶极性，因此带有极性官能团的聚合物材料能够通过多种方式与CO2分子相互作用，显著提升吸附性能。

例如，氨基（－NH2)、羧基（－COOH)、羟基（－OH)等官能团可以通过氢键、偶极。偶极相互作用或化学键合作用与CO2分子形成强力结合，从而增强吸附能力，氨基官能团能够与CO2反应形成碳酸盐类化合物，这种化学反应增强了CO2的吸附量团则通过物理吸附增强了与CO2的相互作用，尤其在湿气环境下表现出更好的吸附性能。通过这种方式，以优化其在不同环境下的CO2捕集效果。

这种极性官能团的修饰不仅提高了CO2的吸附容量，还改善了材料的选择性和吸附稳定性，是提高CO2捕集效率的重要途径之一。

多功能修饰，多功能修饰策略已经成为提升高分子基材料CO2吸附性能的有效手段。通过将多种功能团引入聚合物结构中，研究者能够在材料中实现不同类型的相互本作用，从而显著提高其对CO2的选择性和吸附容量。例如，胺基（－NH2)官能团能够通过化学吸附与CO2分子发生反应，形成可逆的碳酸盐类化合物，这种反应不仅增加了CO2的吸附能力，还能提高材料的选择性。

胺基材料能够在低温条件下展现较好的吸附能力，尤其适合在CO2浓度较低的环境中使用能团则主要通过物理吸附与CO2分子进行作用。羧基对CO2的亲和力较强，尤其是在较高湿度条件下，能够有效减少水分的干扰。

因此，通过将胺基和羧基等功能团进兼具化学吸附和物理吸附的优势，从而显著提高材料的CO2吸附容量与选择性。这种双功能修饰策略不仅提高了CO2的吸附量，还性和稳定性，是提升CO2捕集技术的一项重要进展。

表面化学性质的调节，调节聚合物的表面化学性质，尤其是亲水性和疏水性的控制，对于提高CO2的吸附性能具有重要作用。通过调节材料表面的亲水性或疏水性，可以有效适应不同的环境条件，从而增强材料的捕集能力。亲水性较强的聚合物材料能够在潮湿的环境下表现出优异的吸附性能，因为它们可以通过氢键、静电作用等与CO2分子形成强相互作用。这类材料尤其适用于潮湿气候或高湿度环境中的CO2捕集应用。

例如，亲水性聚合物如聚乙烯醇（PVA)和聚酰胺（PA)被发现具有良好的CO2吸附能力，在潮湿条件下展现出较高的吸附量。相反，疏水性材料则更适合干燥环境中的CO2捕集。疏水性材料通常通过减少水分与CO2分子的竞争吸附，提高其对CO2的亲和力。特别是具有疏水性的聚合物如聚四氟乙烯（PTFE)和聚苯乙烯（PS)在干燥条件下能够有效减少水分的影响，提供更好的CO2吸附效果。

因此，表面疏水性和亲水性的调控是实现材料在不同环境中高效捕集CO2的关键。