[发明专利]具有三嗪结构的多孔有机共价框架材料的合成方法

说明书

本发明提供了一种具有三嗪结构的多孔有机共价框架材料的合成方法，是以三聚氰胺与三聚氯氰为原料，以二甲基亚砜为溶剂，采用热熔法合成了多孔有机共价框架材料COF，具有原料廉价易得，合成工艺简单，反应条件温和，合成成本低，产率高等特点；合成的COF材料比表面积大，密度小，含氮量高，在吸附、电极材料、催化等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种有机共价框架材料的合成，具体涉及一种具有三嗪结构的多孔有机共价框架材料的合成方法，属于有机多孔框架材料的合成技术领域。

背景技术

有机共价框架材料（covalent organic frameworks，COFs）是一类新型的多孔有机材料，它具有比表面积大，孔结构丰富，质量轻，结构有序，结构和孔径可调等优点。2005年美国密歇根大学的Yaghi团队利用1,4-对二苯硼酸自身脱水缩合成功制得首个共价有机框架聚合物COF-1，发表于国际顶级期刊Science上，从此引起了各国科研人员的极大兴趣，我国科学家们也积极投入这一领域的研究。在 COFs 的合成与应用方面，美国、日本、德国等国走在前列，西班牙、法国、韩国、印度等国也取得了良好的进展。我国后来居上，尤其在应用方面已经跻身世界前列，至今已有上百种具有不同结构和功能的COF被报道。这些材料在催化，光电，气体存储与分离，吸附，化学传感，荧光检测，药物存储与释放，分离分析等方面表现出良好的应用前景。

三嗪结构的多孔有机共价框架材料具有较高的比表面积，发达的孔结构，较高的N/C比和良好的热稳定性，使其在吸附、药物释放、光电功能以及催化等方面有着应用前景。传统COFs的构建方式主要依据硼酸的缩合反应。但是B-O键对水和空气的稳定性差，而且结构容易变形，体系的共轭性也会受到影响。在此基础上相继发展出了醛基与氨基缩合形成亚胺基和酰肼键、氰基自聚，方酸与苯胺的反应等。但是这些已经合成的COF大多成本昂贵，实验过程复杂，技术要求较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种合成成本低廉，合成工艺简单，热稳定性良好的具有三嗪结构的多孔有机共价框架材料的合成方法。

一、COF的合成

将三聚氰胺与三聚氯氰分别溶解在新蒸的二甲基亚砜（DMSO）中，将两溶液混合后在130~150℃油浴中搅拌反应95~100小时；反应结束后静置陈化10~12h，抽滤，产物用DMSO洗去未反应的三聚氰胺和三聚氯氰，再用二次蒸馏水洗去DMSO，然后用甲醇洗涤；洗涤完成后，60~70℃真空干燥20~24小时，研磨后可获得的白色粉末即为目标产物。

三聚氰胺与三聚氯氰物质的量比为1:1~1:1. 05。

COF的合成式如下：

。

二、COF的表征

1、FT-IR分析

图1为本发明合成的COF材料的FT-IR图。图中，3394cm^-1和1705cm^-1处的收峰是H-N键的伸缩和弯曲振动峰，位于1361cm^-1 1485cm^-1和1562cm^-1处的是三嗪环的特征吸收峰。位于1203 cm⁻¹，1045 cm⁻¹和813 cm⁻¹处的吸收峰是C-N键的吸收峰。说明材料成功合成。

2、氮气吸脱附曲线分析

图2为本发明合成的COF材料的氮气吸脱附曲线图。吸脱附曲线在P/P0=1之前有明显的吸附峰，并且吸脱附起曲线程度高，说明吸脱附过程有良好的可逆性。通过对曲线进行模拟和分析，可得出BET 比表面积为300m²/g左右，氮含量约为60%。

3、孔径分布曲线分析