[發(fā)明專利]一種COF膜，其制備方法、轉(zhuǎn)移方法、用途和含有其的芯片

有效

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• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN111087615B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申學(xué)松;李連山;唐智勇
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: C08G73/06
• 分類號: C08G73/06;C08J5/18;C08L79/04;B01D71/62;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/00;G01N21/73
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種COF膜，其制備方法、轉(zhuǎn)移方法、用途和含有其的芯片；本發(fā)明利用六氨基三蝶烯和芘四酮類化合物之間發(fā)生聚合反應(yīng)來制備COF膜材料，通過弱化二維COF膜層間的π?π堆積作用，得到了一種具有單層厚度的具有極高孔密度的多孔COF膜，其無需像傳統(tǒng)的單層石墨烯膜那樣通過等離子體轟擊的方式進行造孔，對于不同水合離子半徑的離子具有顯著的分離和檢測能力，同時還具有較高的離子滲透率，上述特性使其能夠用于制備離子檢測芯片以實現(xiàn)超快速的離子分離和檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜材料領(lǐng)域，尤其涉及一種COF膜，其制備方法、轉(zhuǎn)移方法、用途和含有其的芯片。

背景技術(shù)

膜是一種允許物質(zhì)選擇性輸運和傳遞的屏障，是一系列由壓力、電勢、濃度或溫度梯度驅(qū)動的分離過程的基礎(chǔ)，基于膜材料具有的模塊化、可擴展性、緊湊性和高能效等優(yōu)勢，在能源、水、食品、生物技術(shù)和化學(xué)加工等領(lǐng)域使用膜材料進行物質(zhì)分離已經(jīng)屬于一種常用的技術(shù)手段。膜材料的主要用途包括海水淡化、天然氣凈化、空氣中氮氣的生產(chǎn)、血液透析、生物加工、溶劑和石油化學(xué)分離以及超純水的生產(chǎn)等，除了作為分離材料使用外，膜材料還可用于燃料電池、藥物輸送、生物/化學(xué)傳感器以及混合過程中的能量收集等。

對于膜材料來說，最重要的性能是其滲透性和選擇性，膜材料的滲透性與其厚度相關(guān)，選擇性與其表面的孔徑和電性有關(guān)，間接也與其厚度相關(guān)。近幾十年來，膜材料最主要的研究方向便是開發(fā)先進的具有極低厚度和表面孔徑的薄膜材料，以最大限度地提高其滲透性和選擇性，得到的最具代表性的膜材料便是由排列成蜂窩狀晶格的sp2鍵合碳原子組成的單分子層石墨烯，這種類石墨烯材料結(jié)構(gòu)的膜材料具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，而且，由于通過膜的流體通量與膜的厚度成反比，上述類石墨烯結(jié)構(gòu)膜材料如單原子厚度的石墨烯等與大多數(shù)其他材料相比具有高得多的透過速度，當(dāng)其用于分離時，操作成本也更低，能量消耗也更少。然而，上述類石墨烯結(jié)構(gòu)的膜材料本身是致密的薄膜結(jié)構(gòu)，需要通過等離子體轟擊等方法在其表面上造孔才能使其具有通透性并具有選擇性透過的功能，但是，轟擊時間太長容易在其表面產(chǎn)生大孔，從而影響薄膜的選擇性，所以通過等離子體轟擊等方法很難在類石墨烯薄膜材料表面獲得很高的孔密度，難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

二維共價有機骨架(COF)材料薄膜同樣具有類石墨烯的層間堆積結(jié)構(gòu)，其自身具有微孔，是作為實現(xiàn)超高通量分子分離材料的理想選擇，然而，由于COF材料薄膜單層間容易產(chǎn)生π-π堆疊，現(xiàn)有技術(shù)中很難制備具有大面積和無缺陷的單層COF膜，例如，CN103209763A中公開了一種與多芳香碳層接觸的COF膜，通過在單層石墨烯層上沉積不同類型的COF材料得到，其得到的COF膜具有5nm～1μm的厚度，可以用于制備太陽能電池、柔性顯示器、照明設(shè)備、氣體分離和存貯設(shè)備等，其得到的結(jié)構(gòu)厚度仍較大且需要石墨烯層的參與，仍需進一步改進。

目前為止，由于受到COF層間的π-π堆疊效應(yīng)的影響，現(xiàn)有技術(shù)中尚未得到一種同時具有高離子滲透性和選擇性的單層COF分離膜結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)研發(fā)，通過選用新組分合成新的COF膜層，弱化二維COF膜層間的π-π堆積作用，得到一種單層厚度非常薄、自身為多孔結(jié)構(gòu)、具有極高的孔密度且無需像石墨烯膜等材料那樣通過等離子體轟擊的方式進行造孔的COF膜，使其具有較高的離子滲透率并能夠用于超快速的離子分離和檢測。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于選用新組分合成一種新的COF膜層，通過弱化二維COF膜層間的π-π堆積作用，得到一種單層厚度非常薄、自身為多孔結(jié)構(gòu)、具有極高的孔密度的COF膜，使其具有較高的離子滲透率并能夠用于超快速的離子分離和檢測。

為達此目的，本發(fā)明的目的之一在于提供一種COF膜，所述COF膜通過六氨基三蝶烯和芘四酮類化合物之間發(fā)生聚合反應(yīng)得到；

所述六氨基三蝶烯具有如式1所示的結(jié)構(gòu)：

所述芘四酮類化合物具有如式2所示的結(jié)構(gòu)：