[发明专利]一种聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔芳香骨架材料合成的技术领域，具体涉及一种含 有咔唑活性位点的正四面体基块构筑芳香骨架材料的制备方法。

背景技术

多孔有机材料是由全有机元素构成的骨架结构，它有很多独特的 优点，如高的化学稳定性和热稳定性，可调控的孔表面，高的比表面 积等。近年来，由于这种材料在催化、气体存储、能量转化和光电等 领域的应用潜质引起了科学工作者的极大兴趣。多孔芳香骨架材料作 为多孔材料的一个重要成员，在设计合成具有独特多孔结构方面做出 了显著的贡献。第一个多孔芳香骨架材料是在2009年报道的具有金 刚石拓扑结构的PAF-1，该材料一经报到，就吸引了科学家的目光。 PAF-1是利用山本型乌尔曼偶联反应，选择四-(4-溴苯基)甲烷为反 应单体自聚合得到的。该材料是报道时比表面积最大的材料，BET 比表面积高达5600平方米每克。在这之后，化学家们又研制出利用 不同反应制备的多孔芳香骨架化合物，这些材料得到了许多的科研和 应用价值。

目前报道的用来制备多孔有机材料的方法有很多，如各种金属催 化的偶联反应，例如薗头偶合反应，山本型乌尔曼偶联反应，铃木偶 联反应等，还有其他一些反应如席夫碱反应，亚胺形成反应，硼酸酐 的生成和硼酯缩合反应等。除了这些多种多样的反应，不同的反应单 体也用来合成可调控结构和性能的多孔有机材料。

尽管目前存在着各种各样的合成多孔芳香骨架化合物的方法，但 是这些反应中，反应物潜在的危险性，反应催化剂价格的昂贵，反应 条件的复杂苛刻，反应产率偏低等因素都制约了多孔芳香骨架化合物 的大量制备与获得。

本发明的目的在于提出了一种能够使用廉价的无水三氯化铁作 为反应催化剂制备多孔芳香骨架化合物的方法，本方法具有反应条件 基本易得，催化剂成本低廉，反应方法简单易行，反应产率高等特点。 总之，本方法的提出将对多孔芳香骨架材料的发展及其此后的大量生 产具有巨大的推动作用和极大应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种反应条件基本易 得、催化剂成本低廉、反应方法简单易行、反应产率高的由含有咔唑 活性位点的正四面体基块构筑多孔芳香骨架材料的制备方法。

本发明的聚合物为聚四(4-(9-咔唑基苯基)甲烷(缩写(TPTCz)_n)， 其结构式为：

其中其中n＝10-100。

进一步的，所述聚合物具有吸附二氧化碳和/或甲烷的能力。

进一步的，在1个大气压，273K、298K条件下，所述聚合物 吸附二氧化碳的量分别为3.6-3.8mmol/g、1.3-2.0mmol/g，所述聚合 物吸附甲烷的量分别为1.0-1.2mmol/g、0.46-0.6mmol/g。

进一步的，所述聚合物比表面积为1088-1686m²/g。

本发明的聚合物的制备方法，在20-30℃和惰性气体保护的条件 下，反应单体四(4-(9-咔唑基苯基)甲烷(缩写TPTCz)和催化剂 在无水有机溶剂中搅拌，所述反应单体发生聚合反应，得到所述聚合 物，聚合反应的反应式为：

其中其中n＝10-100。

进一步的，所述无水有机溶剂为无水二氯甲烷或无水氯仿。

进一步的，所述搅拌的时间为24-48h。

进一步的，所述催化剂与反应单体的物质的量比为10:1-12:1。

进一步的，所述反应单体在所述无水有机溶剂中的质量浓度为 0.005-0.01mol/L。

进一步的，所述催化剂为无水三氯化铝或无水三氯化铁。

进一步的，所述惰性气体为氩气或氮气。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明的目的在于提供一种多孔芳香骨架材料的聚合物及其制 备方法，并且对此种聚合物进行了表征；本发明所选用的反应物是含 有咔唑活性位点的TPTCz有机分子，以无水三氯化铁作为催化剂， 在室温条件下进行氧化偶联反应，得到聚合物(TPTCz)_n；本发明中的 制备方法操作简便易行、反应条件温和、催化剂成本低、周期短、产 率高，适用于大量生产制备，能够在很大程度上降低生产多孔芳香骨 架材料的成本，为多孔芳香骨架材料的大量生产奠定了重要的基础。