Porous polymers have been attracted a great deal of attention because of their importance in established processes such as catalysis and molecular separations and in emerging technologies for energy and environment. Especially, the tremendously growing demand for energy throughout the world make great developments of conjugated microporous polymers (CMPs) due to their unique properties of permanent microporous structures (below 2 nm) and π-electronic delocalized backbone for the simultaneous transport of charges and materials. Up to date, a wide variety of methods to synthesis for CMPs has been introduced by means of non-metal- and metal-catalyzed polymerization. However, the need for metal catalyst to construct robust C-C linkages hinders scalability of materials due to the high-cost, and residual metals can impinge on the porous structure. Moreover, controlling electronic properties of CMPs by varying monomers has been remained a challenge to attain optimum band gap suited for target application ？ water splitting ($E_g$ = ~1.9 eV), $CO_2$ reduction ($E_g$ = ~2.2 eV), and photovoltaic solar systems ($E_g$ = 1.65 - 3.27 eV for full visible-light absorption) - because of the lack of quantitative relation between the band gap and monomer structures. In my thesis, I proposed a powerful strategy to precisely tailor the band gap of CMPs in a systematic manner via metal free C-C polymerization. In chapter 1, I summarized the development of porous polymers and some of the advantages and disadvantages of different types of porous polymers. I also highlighted a diverse range of synthetic routes, and structural merits of porous polymers to utilize in various fields. In chapter 2, I introduced novel synthetic strategy to tune optical band gap of CMPs, namely acidity dependent In-situ cyclization, which is combined with a Schiff base polymerization and subsequent dehydrogenation reaction of cyclization controlled by the acidity of acid catalyst. In chapter 3, the resulting CMPs were evaluated in terms of structure, electronic properties, and textural properties. I believe that the design and synthesis of conjugated microporous polymers (CMPs) will show great potential for the future in the field of environmental applications.
현대사회의 에너지, 환경기술의 발전과 촉매 및 분자 흡착/분리 공정의 발달에 따라, 다공성 고분자는 과학자들로부터 많은 관심을 받고 있다. 특히, 전 세계에 걸쳐 에너지 요구량이 증가하면서, 전자와 물질을 동시에 운반할 수 있는 특징을 가진 공액 미소공 고분자에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재까지, 다양한 금속 촉매에 의한 공액 미소공 고분자 합성법이 소개되었으며 이 방법들로 다양한 구조를 가진 공액 미소공 고분자 합성이 가능하게 되었다. 그러나 금속 촉매를 이용한 합성은 강한 탄소간의 결합을 만들 수는 있지만, 금속 자체의 [비용으로 인해] 대량 스케일로의 고분자 합성이 제한되며, 합성 후에도 남아있는 금속 촉매는 다공성 구조의 접근성을 낮춘다는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 현재의 기술로는 공액 미소공 고분자의 띠 간격을 체계적이고 정확하게 얻을 수 없다는 문제점[을] 가진다. 본 학위논문에서는 금속 촉매 없이도 강한 탄소간의 결합을 고분자 내에 만들 수 있는 새로운 합성법을 제시하며 이를 통해 공액 미소공 고분자의 띠 간격이 체계적으로 조절됨을 보였다. 1장에서는 다공성 고분자의 발전과 이들의 장점 및 단점을 소개하며, 2장에서는 새로운 합성법의 원리에 대해 서술하였다[.] 3장에서는 합성된 공액 미소공 고분자의 전기화학적 특징 및 구조상의 특징을 다룬다. 이러한 공액 다공성 고분자의 설계와 합성은 에너지 환경 분야에의 새로운 길을 제시할 것으로 보인다.
