[發明專利]有機多孔聚合物材料及其合成方法

有效

• 申請號: 200910108821.6
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN101954273A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 賁騰;朱廣山;裘式綸
• 申請（專利權）人: 深圳市普邁達科技有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30
• 代理公司: 深圳市德力知識產權代理事務所 44265
• 代理人: 林才桂

技術領域

本發明涉及功能材料領域，具體涉及有機多孔聚合物材料及其合成方法。

背景技術

當今全球面臨的最嚴重的問題就是氣候變暖所導致的日趨嚴重的自然災害，其主要原因在于化石燃料的使用導致溫室氣體日益增多。目前世界各國政府和企業都高度重視開發新型清潔能源技術，與此同時，國際間有關能源利用和限制溫室氣體排放的京都議定書也得到越來越多的國家的認可，如何提高能量利用效率和降低環境污染已經成為世界各國高度關注的課題。

燃料電池技術是目前公認的21世紀能源技術領域的核心技術。它的工作原理是等溫地將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉換成電能。相對于普通燃料引擎，燃料電池具有高效、噪音低、可靠性高、特別是具有極低排放的特點，被認為是目前首選的潔凈、高效的發電技術。可廣泛應用于發電站，汽車工業及便攜設備中。對于燃料電池的更詳細闡述請參閱Hynek等編著的“Int.J.Hydrogen?Energy”，22，No.6，601-610(1997)，J.A.Kerres等發表在“Journal?of?Membrane?Science”185，2001，3-27上的論文及G.March在“Materials?Today”4，No.2(2001)，20-24中的綜述文章。

由于多孔材料具有較大的比表面積，可以更多的吸附可用作燃料的氣體或者有機小分子，所以多孔材料作為燃料電池中關鍵材料的研究是目前該領域研究的重中之重。多孔材料包括孔徑小于2nm的微孔材料，孔徑在2至50nm的介孔材料及孔徑大于50nm的大孔材料。1995年Omar?Yaghi合成出真正接近實際應用的金屬-有機配位聚合物MOF(metal-organic-framework)(參見Nature，1995，(378)，703)，它們作為一種新型功能性分子材料不僅具有與沸石分子篩相似的晶體結構，而且它的結構具有可設計性和可裁剪性，通過拓撲結構的定向設計和有機官能團的拓展可以獲得納米尺寸的孔道和孔穴，使其在氣體、有機分子的存儲方面具有巨大的應用潛力。但是MOF的化學穩定性較差。2005年，Omar?Yaghi報道了由輕元素(碳，氫，氧，硼)構筑的通過共價鍵連接的有機骨架多孔材料COF(covalent?organic?framework)(參見Science，2005，(310)，1166)。但是，化學穩定性問題并未真正解決。

因此，有機多孔聚合物材料的性能仍有待進一步提升。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種有機多孔聚合物材料，其熱穩定性和水熱穩定性佳，其BET比表面積超高。

本發明的第二個目的在于提供一種有機多孔聚合物材料的合成方法，其反應高效。

為了實現上述目的，本發明提供一種有機多孔聚合物材料，其結構通式為：

A＝C，Si，N⁺，P⁺，B^-

其中：數字1～10所標示的位置為C，N或CH，或CH中的H被甲基，乙基，胺基，羧基，甲氧基，羥基，或酯基取代；英文a，b所表示的位置為C或N⁺，或B^-。

本發明還提供一種有機多孔聚合物材料的合成方法，包括如下步驟：

步驟1：將摩爾比1∶(0～15)∶(0～15)的雙1，5-環辛二烯鎳、2，2’-聯吡啶及1，5-環辛二烯加入到N，N’-二甲基甲酰胺或甲苯溶液中，將其置入預熱到20～140℃的油浴中，使催化劑老化0～10小時；

步驟2：加入相應摩爾數的反應單體，使反應起始的單體的濃度保持在0.001M～5M之間，同時反應起始的雙1，5-環辛二烯鎳與單體的摩爾數比值為(2～18)∶1；

步驟3：將上述溶液保持在20～140℃，反應10分鐘到10天，停止反應；

步驟4：向反應體系中加入濃鹽酸，破壞剩余的雙1，5-環辛二烯鎳；

步驟5：分別用水、四氫呋喃和氯仿的熱溶液洗除去無機鹽及可以溶解的有機物，最后產物在80～200℃真空干燥4～40小時，得到有機多孔聚合物材料。

其中，所述反應是Yamamoto?type?Ullmann反應。

本發明還提供一種有機多孔聚合物材料的合成方法，其包括如下步驟：

步驟1：將摩爾比1∶(0～15)∶(1～15)∶(0～15)的氯化鎳、溴化鈉、鋅粉及三苯基磷加入到N，N’-二甲基甲酰胺或甲苯溶液中，將其置入預熱到20℃～140℃的油浴中，使催化劑老化0～10小時；