[發明專利]一種二維共價有機框架及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810428647.2
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108864435B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 魏浩;丁宇森;郭彬斌;劉加強;花曉琳;顧軍輝;王政;智侃茹;扶靜;王婉晴
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海施昆電氣有限公司
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/26;B01J20/285;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明涉及一種二維共價有機框架及其制備方法和用途，所述方法包括以下步驟：A、將SJTU?COF?Br分散在鹽飽和溶液中，微波加熱后過濾沉淀物a并洗滌；B、然后將步驟A獲得的沉淀物a重復步驟A的方法，獲得的沉淀物b真空干燥，即得二維共價有機框架。該方法無污染，對設備的要求簡單，反應條件溫和，適合工業化大規模生產，對環境也能起到很大的保護作用。所得二維共價有機框架為SJTU?COF?AcO和/或SJTU?COF?CF₃SO₃，該材料框架密度低，孔隙率高，穩定性高，在非均相催化，氣體儲存，氣體分離和儲能方面，尤其是二氧化碳回收中具有潛在的應用價值。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域的制備方法，涉及一種共價有機框架材料的合成方法，具體涉及一種新的二維共價有機框架及其制備方法和用途。

背景技術

共價有機框架(Covalent Organic Frameworks；COFs)是一類具有永久孔隙和周期結構的高度可設計的結晶多孔有機聚合物。COF是由共價鍵鍵合的輕質元素構成的。在二維(2D)COF中，有機結構單元通過共價鍵連接形成具有多邊形拓撲結構的延伸2D石墨烯狀有機片。2D有機片堆疊構成具有有序一維(1D)開放通道的分層框架結構。經過現有技術的文獻檢索發現，2012年Donglin JIANG等在《Chemical Society Reviews》41卷第6010-6022頁發表Covalent Organic Framework(共價有機框架)。COFs通道的形狀和大小是可以設計的。由于框架密度低，孔隙率高，穩定性高，COFs在非均相催化，氣體儲存，氣體分離和儲能方面具有潛在的應用價值。

由于溫室氣體的快速排放，采用傳統的方法吸附CO₂等溫室氣體，一則效率較低、二則成本較高。因此，在最新的科學研究中，利用多孔材料吸附CO₂是最有希望的二氧化碳回收方法。它們的特點是具有較大的比表面積優勢和優異的物理化學穩定性，目前已經開發了大量的多孔材料用于CO₂吸附，如沸石，金屬有機框架(MOFs)和共價有機框架(COF)。特別是COF材料，將傳統的COF通過開環反應和點擊反應轉化可以成為出色的二氧化碳吸附平臺。但目前共價有機框架材料的CO2吸附性能還不能滿足需要。因為，需要設計制備具有高比表面積、含特定基團的共價有機框架材料，提高CO2吸附性能。

發明內容

本發明針對上述不足，提供一種新的二維共價有機框架及其制備方法和用途。具體來說，就是在SJTU-COF-Br的基礎上通過陰離子交換(分散在鹽飽和溶液中，微波輔助法合成)來調整COF，此方法前景較好，制備非常簡便，很大程度上提高了CO₂的吸附能力，而關于產物，就是SJTU-COF-AcO和SJTU-COF-CF₃SO₃，即陽離子框架與乙酸根、三氟甲磺酸根離子結合。值得注意的是，SJTU-COF-AcO的CO₂吸附能力在這些SJTU-COF中最高，比SJTU-COF-Br提高了1.7倍。據了解，根據數據，SJTU-COF-AcO的吸附能力與頂級的COF材料相當。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種二維共價有機框架的制備方法，包括以下步驟：

A、將SJTU-COF-Br分散在鹽飽和溶液中，微波加熱后過濾沉淀物a并洗滌；

B、然后將步驟A獲得的沉淀物a重復步驟A的方法，獲得的沉淀物b真空干燥，即得二維共價有機框架。

優選地，步驟A中，所述的鹽為乙酸鉀或三氟甲烷磺酸鉀。相對于其它的鹽，這兩種鹽擁有較大的溶解度和較低廉的價格，適合廉價的工業化生產。

本發明采用特定選擇SJTU-COF-Br為原料，未選擇SJTU-COF-Cl和SJTU-COF-I等，是因為SJTU-COF-Br可由商業化的原料一步簡單快速合成得到。