Crystalline, porous, organic network polymers with cationic backbone and free counter anions are synthesized without the thermodynamic control, for the first time ever and they are named as ionic covalent organic polymer (i-COPs). The structural regularity was confirmed by Powder X-Ray Diffraction (PXRD) patterns, which is evidenced in their well-defined morphology that was observed by scanning electron microscopy (SEM). No loss in order, when i-COPs were synthesized in various solvents and elevated temperatures, proved the kinetically controlled crystallinity which was independent of solvent selectivity. RAMAN revealed the 2D planar symmetry of ordered i-COPs, thermogravimetric analysis (TGA) was carried out to measure their thermal stability and Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectrum showed the existence of pyridinium salt. Core monomer with methyl substituent did not result in crystalline i-COPs, directing a steric interplay between bulky ions and bulky side groups. Since i-COPs preferred dense chain packing, low surface area was observed and hence, low CO2 uptake. The availability of replaceable bromide ions in i-COPs made them tunable to attain different characteristics based on the desired field of application and enabled to transform the ordered charged organic network polymer solid into a flowing liquid.
본 연구에서는 양이온성 골격과 음이온이 반대이온으로 구성된 결정성 다공성 유기 고분자 구조체를 열역학적 제어 없이 합성, 새로운 개념의 이온성 공유 결합 유기 고분자 (Ionic Covalent Organic Polymers, 이하 i-COPs)를 구현하였다. 본 물질은 서로 다른 용매 및 온도 조건에서 합성되었으며, XRD와 SEM 분석을 통해 구조적의 규칙성과 형상을 규명하였다. RAMAN 분석을 통하여 본 i-COP이 이차원의 판막 구조를 보임을 확인하였고, 열무게중량법 (TGA)로써 고분자의 열적 내구성 및 수분의 함유 정도를 확인하였다. FTIR에서 확인된 피리듐의 진동 밴드는 이러한 수분의 존재 여부와 관계성이 있음을 알 수 있었다. 본 i-COP은 주 사슬이 밀집된 형상을 보이지 않음에 따라 낮은 비표면적을 나타내었고, 낮은 수준의 이산화탄소 가스 흡착능을 보였다. 이 i-COP의 브롬 음이온은 다른 음이온으로 이온 교환이 가능하여, 다른 음이온이 결합된 고분자는 새로운 물리화학적 특성을 나타내므로 향후 다양한 응용 분야에 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 네트워크 형상에 i-COP은 그 특유의 이온성을 인하여 손쉽게 분말 상태에서 용액 상태로 변환시킬 수 있어 높은 가공성을 보인다.
