[發明專利]三維共價有機框架化合物及其制備方法，以及其應用

有效

• 申請號: 202010142951.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111205478B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 何向明;徐宏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/22;B01D53/02;B01J20/30;C01B3/00
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發明提供一種三維共價有機框架化合物，由三蝶烯類六價基團與芘類四價基團通過連接基團連接形成，在所述三維共價有機框架化合物的至少一部分中，每個三蝶烯類六價基團分別與相鄰的六個芘類四價基團連接，每個芘類四價基團分別與相鄰的四個三蝶烯類六價基團連接，從而構成正六角棱柱狀三維拓撲網絡結構，所述連接基團中含有動態共價鍵。本發明提供一種三維共價有機框架化合物的制備方法和應用。

技術領域

本發明屬于共價有機框架化合物領域，特別是涉及一種新型的三維共價有機框架化合物及其制備方法，以及其應用。

背景技術

共價有機框架化合物(Covalent Organic Frameworks，COF)是通過將有機結構單元以動態共價鍵連接，形成的具有極為規律的周期性有序的多孔框架結構。作為新興的晶態多孔聚合物，COF以其重量輕、密度低、永久性的高孔隙率、高比表面積、相對較高的熱穩定性等特點，在各種領域中顯示出巨大的應用潛力。

COF根據結構可以分為二維(2D)COF和三維(3D)COF。在二維COF中，基本構成單元通過共價鍵鍵合形成二維框架，這些二維框架進一步堆疊以形成周期性對齊排列的堆疊結構。相反的，三維COF的基本構成單元在三個維度上均通過動態共價鍵相互連接從而形成三維框架。

現有的二維COF的報道較多，但是三維COF無論在設計策略，拓撲類型，合成制備等方面均受到更多限制。目前三維COF的拓撲類型僅限于dia，ctn，ffc，bor，rra，srs，pts和lon型拓撲結構。

發明內容

基于此，有必要提供一種新型的三維共價有機框架化合物及其制備方法，以及其應用。

一種三維共價有機框架化合物，由具有6個連接端基的三蝶烯類六價基團與具有4個連接端基的芘類四價基團通過連接基團在三維空間連接形成；所述三蝶烯類六價基團如式(1)所示，所述芘類四價基團如式(2)所示；在所述三維共價有機框架化合物的至少一部分中，每個三蝶烯類六價基團分別與相鄰的六個芘類四價基團連接，每個芘類四價基團分別與相鄰的四個三蝶烯類六價基團連接，構成正六角棱柱狀三維拓撲網絡結構，

在一實施例中，在所述三維共價有機框架化合物的所述至少一部分中，所述三蝶烯類六價基團與所述芘類四價基團的數量比為(1.9-2.1):(2.9-3.1)，優選為2:3。

在一實施例中，所述三維共價有機框架化合物包括二倍互穿的正六角棱柱狀三維拓撲網絡結構。

在一實施例中，所述連接基團中含有動態共價鍵。

在一實施例中，所述連接基團選自-C＝N-、-C＝N-N＝C-、-C＝N-NH-、-C＝C(CN)-中的一種，優選為-C＝N-。

在一實施例中，所述三維共價有機框架化合物包括如式(4)所示的基團：

在一實施例中，所述三維共價有機框架化合物的BET比表面積為500至5000m²/g，孔徑為0.5納米至5納米。

一種三維共價有機框架化合物的制備方法，包括：

S1，將如式(5)所示的三蝶烯類化合物、如式(6)所示的芘類化合物及有機溶劑共同放入容器中，將所述容器抽真空并密封；

S2，將密封后的容器在50℃至200℃的溫度下加熱，使三蝶烯類化合物與芘類化合物反應，生成固態沉淀物；以及

S3，將所述沉淀物濾出，通過有機溶劑浸泡洗滌并干燥后得到所述三維共價有機框架化合物。

在一實施例中，R₁和R₂中一個為醛基(-CHO)，另一個為氨基(-NH₂)。