[發(fā)明專利]具有三嗪結(jié)構(gòu)的多孔有機共價框架材料的合成方法

有效

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• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107129583B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設計）人: 楊武;薛瑞;郭昊;王婷;黃冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北師范大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00
• 代理公司: 62201 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張英荷<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發(fā)明提供了一種具有三嗪結(jié)構(gòu)的多孔有機共價框架材料的合成方法，是以三聚氰胺與三聚氯氰為原料，以二甲基亞砜為溶劑，采用熱熔法合成了多孔有機共價框架材料COF，具有原料廉價易得，合成工藝簡單，反應條件溫和，合成成本低，產(chǎn)率高等特點；合成的COF材料比表面積大，密度小，含氮量高，在吸附、電極材料、催化等領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種有機共價框架材料的合成，具體涉及一種具有三嗪結(jié)構(gòu)的多孔有機共價框架材料的合成方法，屬于有機多孔框架材料的合成技術領域。

背景技術

有機共價框架材料（covalent organic frameworks，COFs）是一類新型的多孔有機材料，它具有比表面積大，孔結(jié)構(gòu)豐富，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)有序，結(jié)構(gòu)和孔徑可調(diào)等優(yōu)點。2005年美國密歇根大學的Yaghi團隊利用1,4-對二苯硼酸自身脫水縮合成功制得首個共價有機框架聚合物COF-1，發(fā)表于國際頂級期刊Science上，從此引起了各國科研人員的極大興趣，我國科學家們也積極投入這一領域的研究。在 COFs 的合成與應用方面，美國、日本、德國等國走在前列，西班牙、法國、韓國、印度等國也取得了良好的進展。我國后來居上，尤其在應用方面已經(jīng)躋身世界前列，至今已有上百種具有不同結(jié)構(gòu)和功能的COF被報道。這些材料在催化，光電，氣體存儲與分離，吸附，化學傳感，熒光檢測，藥物存儲與釋放，分離分析等方面表現(xiàn)出良好的應用前景。

三嗪結(jié)構(gòu)的多孔有機共價框架材料具有較高的比表面積，發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)，較高的N/C比和良好的熱穩(wěn)定性，使其在吸附、藥物釋放、光電功能以及催化等方面有著應用前景。傳統(tǒng)COFs的構(gòu)建方式主要依據(jù)硼酸的縮合反應。但是B-O鍵對水和空氣的穩(wěn)定性差，而且結(jié)構(gòu)容易變形，體系的共軛性也會受到影響。在此基礎上相繼發(fā)展出了醛基與氨基縮合形成亞胺基和酰肼鍵、氰基自聚，方酸與苯胺的反應等。但是這些已經(jīng)合成的COF大多成本昂貴，實驗過程復雜，技術要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種合成成本低廉，合成工藝簡單，熱穩(wěn)定性良好的具有三嗪結(jié)構(gòu)的多孔有機共價框架材料的合成方法。

一、COF的合成

將三聚氰胺與三聚氯氰分別溶解在新蒸的二甲基亞砜（DMSO）中，將兩溶液混合后在130~150℃油浴中攪拌反應95~100小時；反應結(jié)束后靜置陳化10~12h，抽濾，產(chǎn)物用DMSO洗去未反應的三聚氰胺和三聚氯氰，再用二次蒸餾水洗去DMSO，然后用甲醇洗滌；洗滌完成后，60~70℃真空干燥20~24小時，研磨后可獲得的白色粉末即為目標產(chǎn)物。

三聚氰胺與三聚氯氰物質(zhì)的量比為1:1~1:1. 05。

COF的合成式如下：

。

二、COF的表征

1、FT-IR分析

圖1為本發(fā)明合成的COF材料的FT-IR圖。圖中，3394cm^-1和1705cm^-1處的收峰是H-N鍵的伸縮和彎曲振動峰，位于1361cm^-1 1485cm^-1和1562cm^-1處的是三嗪環(huán)的特征吸收峰。位于1203 cm^?1，1045 cm^?1和813 cm^?1處的吸收峰是C-N鍵的吸收峰。說明材料成功合成。

2、氮氣吸脫附曲線分析

圖2為本發(fā)明合成的COF材料的氮氣吸脫附曲線圖。吸脫附曲線在P/P0=1之前有明顯的吸附峰，并且吸脫附起曲線程度高，說明吸脫附過程有良好的可逆性。通過對曲線進行模擬和分析，可得出BET 比表面積為300m²/g左右，氮含量約為60%。

3、孔徑分布曲線分析