[发明专利]一种利用路易斯酸催化制备有机多孔材料方法

说明书

 

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种利用无水路易斯酸，如无水氯化锌和无水氯化铁，离子热催化多氰基芳香化合物制备有机多孔材料的方法。

 

背景技术

由于多孔材料具有空旷的结构，其在离子交换、吸附、分离与主客体化学等诸多领域具有广泛的应用前景。最早利用的多孔材料是无机微孔材料，然而其结构的改变和修饰难度很大，难以根据实际需要来控制其孔径大小以及物理化学特性。

近年来，金属-有机配位聚合物构筑了组成丰富的具有多孔结构的晶体材料。通过改变有机配体及丰富的无机物种，能够得到功能化、孔道大小可以调节、结构新颖的材料。然而金属-有机配位聚合物在除去客体分子后，其有序结构就随之降低或者破坏，因此金属-有机配位聚合物稳定性影响了它的广泛应用。

目前，最新颖的多孔材料是由轻元素（如碳、氢、氧、氮等）通过共价键连接构筑的有机多孔材料。它具有较高的稳定性、较大的比表面积、较小的密度等特点，同时通过改变反应单体可以控制多孔材料的化学性质。这些有机多孔材料在易挥发溶剂吸附、催化、光学、分离等方面有很好的应用前景。制备有机多孔材料的聚合反应有很多，大多数是在溶液中得到的，开发新的有机多孔材料的制备方法是非常有意义的事情。

 

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种利用路易斯酸催化制备有机多孔材料方法，该方法制备的有机多孔材料具有较高比表面积及显著的多孔性和良好的稳定性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用路易斯酸催化制备有机多孔材料方法，其包括以下步骤：

步骤1）在手套箱中将多氰基芳香化合物、无水路易斯酸装入到安碚瓶中，所述多氰基芳香化合物和所述无水路易斯酸的摩尔比为10~0.1 : 1，然后在真空条件下将安碚瓶密封；

步骤2）将所述的密封的安碚瓶放于马弗炉中加热，温度控制在300℃~600℃之间，反应时间在12h～60h之间；

步骤3）反应结束后，将所述安培瓶冷却到室温后，取出黑色块状固体，然后在去离子水中搅拌20h～40h，每3h~8h更换新鲜的去离子水，以除去聚合物中包覆的大部分无水路易斯酸；

步骤4）再将产物在0.5 M~3 M的稀盐酸溶液中搅拌20h～40h，进一步除去剩余的无水路易斯酸；

步骤5）最后将产物在丙酮中搅拌20h～40h交换水分子，然后真空过滤，将产物在150℃~200℃真空条件下干燥，得到有机多孔材料。

优选的，所述无水路易斯酸为氯化锌、氯化铁或氯化铝中的任意一种。

优选的，所述多氰基芳香化合物为对苯二腈、2,6-二氰基吡啶、2,5-二氰基噻吩、4,4’-二氰基联苯或1,3,5-三（4-氰基苯基）苯中的任意一种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的利用路易斯酸催化制备有机多孔材料方法将三分子的氰基在路易斯酸催化的离子热反应下，自身聚合形成一个三嗪环（C₃N₃六圆环），进而连接形成有机多孔材料。通过调节实验时的催化剂种类、反应温度及时间，从而改变有机多孔材料的性质。通过氮气吸附研究，证明材料具有显著的多孔性。热重分析表明材料具有优异的稳定性。本发明的有机多孔材料制备方法简单，结合材料自身的特点，这一系列有机多孔材料在储能及有机有害物处理方面具有广泛的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明利用无水氯化锌制备的多孔材料和反应单体的红外谱图；

图2为本发明利用无水氯化铁制备的多孔材料和反应单体的红外谱图；

图3为本发明利用无水氯化锌制备的多孔材料的扫描电镜图，其中，图3 a）及图3 b分别为不同放大倍数下的效果图；

图4为本发明利用无水氯化铁制备的多孔材料的扫描电镜图，其中，图4 a）及图4 b分别为不同放大倍数下的效果图；

图5为本发明利用无水氯化锌制备的多孔材料的热重曲线；

图6为本发明利用无水氯化铁制备的多孔材料的热重曲线；