[发明专利]三维共价有机框架化合物及其制备方法，以及其应用

说明书

本发明提供一种三维共价有机框架化合物，由三蝶烯类六价基团与芘类四价基团通过连接基团连接形成，在所述三维共价有机框架化合物的至少一部分中，每个三蝶烯类六价基团分别与相邻的六个芘类四价基团连接，每个芘类四价基团分别与相邻的四个三蝶烯类六价基团连接，从而构成正六角棱柱状三维拓扑网络结构，所述连接基团中含有动态共价键。本发明提供一种三维共价有机框架化合物的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于共价有机框架化合物领域，特别是涉及一种新型的三维共价有机框架化合物及其制备方法，以及其应用。

背景技术

共价有机框架化合物(Covalent Organic Frameworks，COF)是通过将有机结构单元以动态共价键连接，形成的具有极为规律的周期性有序的多孔框架结构。作为新兴的晶态多孔聚合物，COF以其重量轻、密度低、永久性的高孔隙率、高比表面积、相对较高的热稳定性等特点，在各种领域中显示出巨大的应用潜力。

COF根据结构可以分为二维(2D)COF和三维(3D)COF。在二维COF中，基本构成单元通过共价键键合形成二维框架，这些二维框架进一步堆叠以形成周期性对齐排列的堆叠结构。相反的，三维COF的基本构成单元在三个维度上均通过动态共价键相互连接从而形成三维框架。

现有的二维COF的报道较多，但是三维COF无论在设计策略，拓扑类型，合成制备等方面均受到更多限制。目前三维COF的拓扑类型仅限于dia，ctn，ffc，bor，rra，srs，pts和lon型拓扑结构。

发明内容

基于此，有必要提供一种新型的三维共价有机框架化合物及其制备方法，以及其应用。

一种三维共价有机框架化合物，由具有6个连接端基的三蝶烯类六价基团与具有4个连接端基的芘类四价基团通过连接基团在三维空间连接形成；所述三蝶烯类六价基团如式(1)所示，所述芘类四价基团如式(2)所示；在所述三维共价有机框架化合物的至少一部分中，每个三蝶烯类六价基团分别与相邻的六个芘类四价基团连接，每个芘类四价基团分别与相邻的四个三蝶烯类六价基团连接，构成正六角棱柱状三维拓扑网络结构，

在一实施例中，在所述三维共价有机框架化合物的所述至少一部分中，所述三蝶烯类六价基团与所述芘类四价基团的数量比为(1.9-2.1):(2.9-3.1)，优选为2:3。

在一实施例中，所述三维共价有机框架化合物包括二倍互穿的正六角棱柱状三维拓扑网络结构。

在一实施例中，所述连接基团中含有动态共价键。

在一实施例中，所述连接基团选自-C＝N-、-C＝N-N＝C-、-C＝N-NH-、-C＝C(CN)-中的一种，优选为-C＝N-。

在一实施例中，所述三维共价有机框架化合物包括如式(4)所示的基团：

在一实施例中，所述三维共价有机框架化合物的BET比表面积为500至5000m²/g，孔径为0.5纳米至5纳米。

一种三维共价有机框架化合物的制备方法，包括：

S1，将如式(5)所示的三蝶烯类化合物、如式(6)所示的芘类化合物及有机溶剂共同放入容器中，将所述容器抽真空并密封；

S2，将密封后的容器在50℃至200℃的温度下加热，使三蝶烯类化合物与芘类化合物反应，生成固态沉淀物；以及

S3，将所述沉淀物滤出，通过有机溶剂浸泡洗涤并干燥后得到所述三维共价有机框架化合物。

在一实施例中，R₁和R₂中一个为醛基(-CHO)，另一个为氨基(-NH₂)。