多孔材料发展至今,经历了由无机多孔材料(沸石、活性炭、硅藻土等)到有机多孔材料(多孔有机笼、多孔有机聚合物等)的一系列演变。相比之下,多孔有机聚合物结合了高比表面积、良好的稳定性、低密度、结构易调控和功能化等多种优势,激发了科研工作者们浓厚的研究兴趣,因此设计合成可操作性强、成本低、具有实际应用价值的多孔有机聚合物,扩展其在各个领域的应用,是未来发展的新方向。本论文基于不同的制备策略,采用不同功能性的构筑单元分别设计合成了多种功能化的多孔有机聚合物。通过傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振碳谱、粉末X射线衍射分析和X射线光电子能谱等对聚合物的结构进行了表征,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、气体吸附/脱附和热重分析等测试手段对聚合物的形貌及基本性能进行了探究,并研究了这些聚合物在荧光传感、非均相催化和光化学等领域的应用。研究内容主要包括以下几个部分:(一)利用四-(4-(2-氨基嘧啶))苯乙烯与三聚氯氰缩合制备了一种荧光多孔四苯乙烯基有机聚合物,并通过气体吸附/脱附实验证实了该聚合物的永久孔隙率。最重要的是,该聚合物1,3,5-三嗪结构附近围绕着丰富的仲胺和嘧啶氮原子,这些氮原子的存在为金属离子提供了足够的螯合位点,使其能够快速地对三价铁离子产生荧光响应。该四苯乙烯基有机聚合物对水中三价铁离子的响应也非常灵敏,检出限远低于国内和国际标准水质指数对生活饮用水中三价铁离子的含量要求,这为其在实际生产生活中的应用奠定了良好的基础。此外,该荧光多孔四苯乙烯基有机聚合物对硝基苯也表现出优异的响应速率、选择性和灵敏度,有望在爆炸物检测方面得到实际应用。(二)对于催化反应来说,暴露更多非均相催化剂的活性位点具有非常重要的意义。以2,3,6,7,14,15-六胺基三蝶烯和2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚为构筑单元在金属盐的存在下设计合成了一系列二维三蝶烯基双金属salen多孔有机聚合物。与一般二维π-π堆积的多孔有机聚合物不同,三蝶烯单元被设计用于支持双金属salen大环结构在通道侧壁的排列,以暴露更多的金属活性位点。双金属salen结构已经被傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振碳谱、X射线光电子能谱以及电感耦合等离子发射光谱证实。气体吸附/脱附实验揭示了该系列聚合物的多孔性,其中含有金属钴的三蝶烯大环聚合物的二氧化碳吸附热高达42.1 kJ/mol,表明它对二氧化碳有很高的亲和力。由于该系列聚合物的多孔性、二氧化碳与Lewis酸性金属离子的高亲和力以及通道中大量活性催化位点的协同作用,使得环氧化物在含有金属钴的三蝶烯大环聚合物上与二氧化碳发生了高效的环加成反应,实现了二氧化碳的捕获与转化。本研究不仅设计并合成了一系列新型双金属salen多孔有机聚合物,而且为非均相催化暴露更多活性位点提供了一种有效的催化剂合成策略。(三)设计合成了一系列具有晶态的酞菁基平面共轭多孔有机聚合物,通过粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振碳谱和X射线光电子能谱等表征确定了该系列聚合物的结构,并通过气体吸附/脱附实验证明其具有永久孔隙率。此外,在合成该系列酞菁基多孔有机聚合物的过程中,通过调控制备条件得到了两例新型A3B型不对称酞菁晶体,并通过单晶X射线衍射分析揭示了它们的结构。1,3-二苯基异苯并呋喃的光催化降解实验证明该系列聚合物在光照下能够生成单线态氧。本研究结果表明,该系列聚合物有潜力作为产生活性氧的光敏剂,并有望拓展酞菁基多孔有机聚合物在光动力治疗等光化学领域的应用。(四)设计合成了四种新型手性联二萘胺连接的芘化合物(R)-/(S)-1和(R)-/(S)-2,并通过一系列谱学方法对其进行了表征,包括MALDI-TOF质谱,核磁共振氢谱,紫外可见吸收光谱和圆二色光谱,证明了手性联二萘胺的引入使得整个分子具有了固有手性。对于(R)-1和(S)-1的单晶X射线衍射分析,揭示了手性联二萘胺与芘连接产生的重氮八元环的确切结构。此外还通过密度泛函理论计算对它们的电子结构进行了研究,阐明了联二萘胺基团和芘发色团之间的电子转移情况。本研究对重氮八元环型手性分子的设计、合成和旋光性的认识及其电子结构的理解具有一定的指导意义。