[發明專利]一種共價有機框架材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011393265.4
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112625200A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王俊;柯靜萍;陳家樂;吳鎮藝
• 申請（專利權）人: 中山職業技術學院
• 主分類號: C08G12/08
• 分類號: C08G12/08;C08G12/40;B01J20/281;B01J20/30;H01G11/86;H01G11/26;H01G11/48
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 陳航

本發明公開了一種共價有機框架材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將稀土化合物、水滑石及水混合，升溫后保溫反應；然后降至室溫出料，再將反應液過濾洗滌，將濾餅焙燒，研磨制得稀土離子改性水滑石納米粉體；(2)將有機溶劑與步驟(1)制得的稀土離子改性水滑石納米粉體攪拌分散，加入醛類物質和1,3,5?三(4?氨基苯基)苯，升溫后保溫反應；冷卻至室溫；(3)加入磺酸酯、2,5?二羥基對苯二甲酸二乙酯、苯甲醛，升溫后保溫反應；冷卻至室溫；(4)加入1,3,5?苯三甲醛、1,4?二氧六環、水合肼，升溫后保溫反應；冷卻至室溫；過濾并用有機溶劑洗滌，將濾餅干燥，即得。該共價有機框架材料具有高比表面積、高面積比容量及高選擇分離性。

技術領域

本發明屬于共價有機框架材料技術領域，特別涉及一種共價有機框架材料及其制備方法。

背景技術

共價有機框架材料(Covalent organic frameworks，COFs)是一種通過共價鍵連接的二維或者三維有機多孔材料。COFs可以通過設計不同幾何結構反應前驅體及反應類型可得到豐富的功能性材料，這種孔狀的二維或者三維COFs材料具有密度較低(完全由輕質元素C、H、N、B、Si、O等元素組成)，結構完整，高比表面積，可調的孔尺寸和結構，較便捷的功能修飾等特點。共價鍵構成的晶格單胞使得該材料有較好的化學穩定性、熱穩定性等很多優點，使得COFs材料在各類功能化材料有著潛在的應用。

COFs材料具備可修飾以及尺寸和結構可調的永久性納米孔洞或孔道、密度小、高表面積、高熱穩定性等特點；同時鑒于由剛性構建單體構成的二維COFs具有π-π堆積的層狀結構，層與層之間的π軌道能發生較大的電子耦合為載流子傳導提供通道。這些優點使得COFs材料在在潔凈能源氫氣的儲存，光電器件，催化劑領域顯示出了優異的性能。COFs材料的高比表面積、可調孔尺寸以及便捷的功能修飾得到了科學家的廣泛關注和研究，人們通過設計多種類功能性反應前驅體賦予共價有機框架材料特定的功能，在潔凈能源氫氣的儲存，光電器件，催化劑領域顯示出了優異的性能。

一方面，COFs材料具有較低密度、結構完整、高比表面積、可調以及可修飾的孔道、高化學和熱穩定性的優點。鑒于面對電極材料的對高比表面積、合適的空隙結構、容量和導電性能均衡的要求，COFs材料具有得天獨厚的優勢。贗電容材料通常具有較高的理論比電容值，但是由于較差的導電性使得實際表現出的比電容較低。COFs作為一種電容性能優異的有機贗電容材料，能夠有效地應用于超級電容器行業。

另一方面，COFs作為一類新穎的多孔晶態有機聚合物，在分析化學領域的應用如色譜分離，受到了特別的關注。目前，已經有不同類型的COFs材料，包括β-酮胺連接類COFs，亞胺連接類COFs，腙連接類COFs以及硼酸酯連接類COFs，可成功用作氣相色譜或毛細管電色譜的新固定相。因此，多孔結晶的COFs也可以有效地用來分離同系物、位置異構體、甚至是對映異構體化合物的良好候選材料。

但是，當前COFs材料在制備和應用方面都存在很多關鍵技術難題，嚴重影響了其在儲氫材料、光電材料、手性分離、催化劑設計等領域中的應用：(1)目前COFs材料的常規制備工藝極其繁瑣，工序復雜，收率很低，生產成本極其高昂。(2)COFs材料的比表面積和導電性能較差，極大地限制了COFs材料在超級電容行業的應用。(3)如果直接將COFs材料填充到色譜柱中，因為COFs的不規則尺寸和形狀等原因，導致色譜柱柱效迅速降低，進而嚴重影響其對同系物、位置異構體等化合物的分離效果。因此，如何能夠制備高比表面積、高面積比容量、高選擇分離性的COFs材料是當今國內外相關行業迫切所要解決的技術難題。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種共價有機框架材料及其制備方法，該共價有機框架材料具有高比表面積、高面積比容量及高選擇分離性。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種共價有機框架材料的制備方法，包括以下步驟：