[发明专利]结晶的3D-和2D-共价有机构架

说明书

相关申请的交叉引用

该申请在35U.S.C.§119下要求2007年1月24日提交的美国临时申请序号 60/886,499,和2007年7月17日提交的美国临时申请序号60/950,318的优先权, 将这二者通过参考并入本文中。

技术领域

本申请一般地涉及包含有机构架的材料。本申请还涉及可用于储存和分离 气体分子的材料，以及基于所述构架的传感器。

背景技术

在工业应用诸如气体储存、分离、和催化中存在了对于多孔材料的需要。 与完全有机多孔材料的无机或金属-有机配对物相反，使用完全有机多孔材料的 一些优点是，所述有机材料重量轻，更容易官能化，并且具有动力学更稳定的 潜力。另外，在没有金属组分的情况下，对于采用延长结构存在环境优势。

一些在聚合物之内产生孔隙性的当前方法涉及多种加工方法或从胶态体系 制备。全部玻璃质聚合物含有一些空隙空间(自由体积)，但是所述空隙空间通常 小于总体积的5%。对于一些具有刚性结构的玻璃质聚合物，通过从熔融状态迅 速冷却到玻璃化转变温度以下，或者通过从溶胀的玻璃质聚合物迅速除去溶剂， 可以“冰封”高达20%的额外自由体积。高自由体积聚合物目前在输运气体或液 体的工业膜中使用。然而，这些材料中的空隙不相互连接，因此表现出低的可 进入表面积，如通过气体吸附所确定。而且，所述孔结构是不规则的和不均匀 的。

另一种现有类别的多孔有机材料包括含有庞大取代基的聚乙炔。自从1983 年，已经观察到了聚(1-三甲代甲硅烷基-1-丙炔)(“PTMSP”)的高气体渗透性。该 材料包含大的自由体积(～30%)，并且能从气体或水分离有机化合物。由于通过 热量、氧、辐射、紫外线、不均匀的孔结构或任何上述组合的反应，PTMSP的 稳定性受到上述反应的微孔性迅速损失的限制。

多孔有机材料的一种最近表现是内在微孔性的聚合物(PIMs)。已经报道这些 聚合物含有通过气体吸附测量的比较高的表面积(430-850m2/g)，原因在于它们 的高刚性和扭曲的分子结构不能在空间中有效装填。然而，这些材料在低压力 时显示显著的滞后。

发明内容

本公开内容提供包括两个或多个共价结合到连接簇的有机多齿核心的共价 有机构架(COF)，所述连接簇包括两个或多个原子的可识别的缔合，其中在每一 多齿核心和连接簇之间的共价键产生在选自碳、硼、氧、氮和磷的原子之间， 并且连接多齿核心的原子的至少一个是氧。在一个实施方案中，所述有机多齿 核心可以共价结合到2个或多个(例如，3或4)多齿连接簇。

本公开内容还提供共价有机构架(COF)，其包括两个或多个相互共价结合的 构架。在一个实施方案中，所述构架包括两个或多个连接在一起的网络。所述 构架或网络可以是相同或不同的。在另一个实施方案中，多个多齿核心是多相 的。在又一个实施方案中，多个连接簇是多相的。在一个实施方案中，多个多 齿核心包括交互四面体的和三角形的多齿核心。

本公开内容提供共价有机构架(COF)，其包括多个多齿核心，每一多齿核心 连接到至少一个其它多齿核心；多个连接相邻的多齿核心的连接簇，和多个孔， 其中所述多个连接多齿核心限定所述孔。在一个方面中，多个多齿核心是多相 的。在一个更具体的方面中，多齿核心包含2-4个连接簇。在又一个方面中，多 个连接簇是多相的。在一个具体的方面中，所述连接簇是含有硼的连接簇。多 个多齿核心可以包括交互的四面体的和三角形的多齿核心。在又一个方面中， 多个孔的每一个包括足够数量的供原子或分子吸附的可进入位点。在另一个方 面中，多个孔的一个孔表面积大于约2000m²/g(例如，3000-18,000)。在另一个 方面中，多个孔的一个孔包括孔体积0.1至0.99cm³/cm³(例如，约0.4-0.5 cm³/cm³)。COF可以具有约0.17g/cm³的构架密度。