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近年来，CO2过量排放引起的气候变暖已经成为一个全球性的科学问题。碳捕集和封存（carbon capture and storage，CCS）以及CO2的进一步的合理利用被视为二十一世纪的重大挑战之一。开发新型低能耗的碳捕集技术和高性能的捕集材料成为当前研究的一个热点。本论文以此为研究背景，合成了一系列基于多孔有机聚合物(POPs)的新型CO2分离材料。 主要包括以下五部分内容: (1)“超级酸”（三氟甲磺酸）催化多孔POP膜制备技术的建立。该方法避免了传统膜材料合成所需的聚合物溶解以及溶剂挥发必须的步骤，过程十分简便。首先通过对芳香氰基缩聚反应所需催化剂的酸性分析，发现其他强酸诸如硫酸等都不具备三氟甲磺酸催化效率，具有超强酸性的三氟甲磺酸是芳香氰基单体一步转变成三嗪骨架链接的多孔聚合物膜的关键。另外仔细分析了芳香氰基构建单元的结构，发现当构建单元自身不具备一定的内在立体结构例如“平面”对苯二腈和二氰基萘，尽管经过“超级酸”催化后依然可以一步制备聚合物膜，但是由于三嗪环的刚性结构以及聚合物的堆积效应，所制备的膜材料均不具备明显的孔道结构。与此相反，当选用具有非平面结构的4，4'-联苯甲腈作为构建单元时，所制备的聚合物膜TFM-1的BET比表面积可以达到738m2·g-1。由此可见构建单元是“超级酸”催化多孔膜制备技术的另一个关键因素。另外，基于TFM-1骨架碱性三嗪基团的修饰，通过对TFM-1进行CO2膜分离实验发现，TFM-1的CO2/N2分离选择性达到29±2，与传统PIM-1膜相比有了大幅的提高，可以有效地分离CO2和N2。基于此方法，一系列新型的有机多孔聚合物膜能够简便快捷地制备。 (2)氰基功能化离子液体衍生“氮掺杂”多孔炭吸附剂的制备。基于氰基的高温聚合反应，通过对离子液体阳离子氰基功能化，发现当阴离子为Cl离子或者BF4时，所制备的炭材料均不具有明显的BET比表面积，而当阴离子换成NTf2时，同样条件下可以制备出具有高BET比表面积的多孔炭材料。离子液体的结构对于最终炭材料的孔道结构具有很大的影响，是多孔炭吸附剂成功制备的一个关键因素。我们详细考察了炭化温度对材料结构与性能的影响，发现随着温度的升高，炭吸附剂的BET比表面以及CO2吸附性能均呈现出规律性的变化。炭化温度为500℃下所制备的多孔炭材料(CN500)具有最优的CO2吸附容量，273 K/1bar下可以达到4.39 mmol·g-1。分析炭化过程发现离子液体阳离子的氰基基团先在低温发生缩聚反应生成三嗪环和咪唑环共链接的有机聚合物，然后高温炭化形成所需的炭吸附剂。对CN500表面性质的研究表明，“氮掺杂”对于CO2吸附性能有着明显的影响，CO2分子在孔道内部不仅是简单的物理吸附，由于吡咯型氮位点的存在，CO2分子参与的路易斯酸碱作用也可能存在。因此“氮掺杂”位点的引入可以为今后新型功能化炭吸附剂的制备提供新的思路。 (3)“氮掺杂”多孔吸附/扩散炭膜的制备。基于“超级酸”催化芳香氰基缩聚成环反应，选择了新型的芳香氰基单体（来曲唑）作为构建单元，成功制备了三嗪环和三唑环共修饰的聚合物膜材料。热稳定性分析以及炭化反应表明聚合物骨架三唑环的分解可以在炭膜的表面引入亲CO2分子的“氮掺杂”吸附位点。同时基于炭膜吸附/扩散机理，新型“氮掺杂”多孔炭膜(TFMT-550)的CO2/N2膜分离性能经试验测定成功突破了“Robeson limit”。298 K和压力差为0.35 bar时，膜的CO2渗透能力(PCO2)可以达到718 Barrer，其理想CO2/N2选择性(α)为47.5。进一步通过对TFMT-550的CO2/N2吸附行为的详细研究，发现TFMT-550致密的微孔以及大量的“氮掺杂”位点使得吸附剂表面与CO2分子之间的偶极-四极矩作用得到增强，进而TFMT-550的CO2吸附行为得到了提高，最终CO2/N2膜分离性能得以克服传统材料的限制。 (4)芳香酰基衍生“氮掺杂”多孔炭膜的制备。通过对“超级酸”催化膜制备技术的机理分析，发现膜制备的成功与否取决于聚合反应的类型，通常需要发生酸催化的缩聚脱水反应，这样方可在“超级酸”催化下聚合物以膜的形式存在。因此，4，4'-二乙酰联苯作为新型的芳香酰基构建单元得以成功地应用于此体系。通过酰基之间的脱水缩聚反应，成功在聚合物膜的结构中修饰了含氮吡咯杂环，为“氮掺杂”多孔炭膜的制备提供了有效的氮源。综合分子筛分效应以及吸附/扩散机理，酰基衍生“氮掺杂”多孔炭膜(N-PCM)的CO2/N2膜分离性能得到了进一步的提高，在维持高CO2/N2分离选择性(43.2)的同时，CO2渗透能力(PCO2)提高到1149.3 Barrer。与此同时，N-PCM可以保持很好的循环性能，使得未来工业化应用成为可能。 (5)朝格尔碱链接的多孔有机聚合物材料的制备。基于含氮杂环朝格尔碱的合成机理，选取合适的具有3D结构的三胺基三蝶烯，在三氟乙酸的催化下一步成功制备了朝格尔碱链接的POP(TB-MOP)，BET比表面积可以达到694 m2·g-1。此方法避免了绝大多数POPs制备所需的贵金属催化剂，操作简便，适合于大规模的工业化制备。另外由于孔道内部大量的微孔以及骨架亲CO2分子的朝格尔碱杂环的存在，TB-MOP表现出了优秀的碳捕集能力。1 bar，273 K和298 K时TB-MOP的CO2吸附容量分别为4.05 mmol·g-1和2.57 mmol·g-1，相应地CO2/N2吸附选择性为45.2和50.6，与其他传统的固体吸附剂相比具有很强的竞争优势，可以成为潜在的工业碳捕集分离材料。