[发明专利]一种共价有机骨架纳米线材料及其制备方法

说明书

本发明属于共价有机骨架材料领域，提供了一种共价有机骨架纳米线材料及其制备方法，所述共价有机骨架纳米线材料的制备方法包括：将醛类和胺类物质混合后，再加入溶剂无水正丁醇和乙酸溶液的混合溶液，再经超声处理、N₂液浴中快速冷冻‑脱气‑融化、加热、降至室温或经直接加热、降至室温处理，再采用溶剂过滤、洗涤和干燥获得共价有机骨架纳米线材料。本发明制备的共价有机骨架纳米线材料具备有序的骨架结构、均匀的线状形貌、高的表面积和良好的稳定性，共价有机骨架纳米线材料的尺寸为50～250nm，比表面积为897～1254m²·g^‑1。本发明的共价有机骨架纳米线材料在催化领域将有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于共价有机骨架材料领域，涉及一种共价有机骨架纳米线材料及其制备方法。

背景技术

共价有机骨架是由不同类型的结构单元的共价键连接而成，是最有希望的多孔晶体材料之一。目前，大多数报道的共价有机骨架呈现块状或球形的形貌。这个结果是由于晶体生长过程中存在动态陷阱和内部缺陷很难精确控制共价有机骨架的大小和形态导致的。调节晶体尺寸和形态可改善材料的物理化学性质，例如孔隙率，稳定性，光学特性和电导率，并扩大在吸附，催化传感和能量存储方面的潜在应用。但是，共价有机骨架的形态控制仍然受到限制。

由于纳米线具有高的外表面积而暴露出丰富的活性位点促进了化学反应赢得了大多数研究人员的关注。具有可控的形态和结构的纳米线的开发面临挑战。无机纳米线的常见形态调控策略主要包括溶胶-凝胶法，表面活性剂辅助法，微波辅助法和电纺丝法。但是，这些方法不适用于在苛刻的反应条件(极高的高温/高压，惰性气氛和密封的耐热玻璃管)生长的共价有机骨架材料。在典型的共价有机骨架合成中，结晶相的形成取决于动态反应。传统的溶剂热合成方法会在二恶烷和均三甲苯的体系中产生大量的微米级共价有机骨架。如何制备出共价有机骨架纳米线材料是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种共价有机骨架纳米线材料，所述的共价有机骨架纳米线材料结构式如下：

中的任意一种。

本发明还提供了一种共价有机骨架纳米线材料的制备方法，包括如下步骤：按照摩尔比2:5～4:1将A类单体和B类单体混合，再加入无水正丁醇和乙酸溶液的混合溶液，再经超声处理10～20分钟获得均匀的分散体，然后再经-196℃N₂液浴中快速冷冻-脱气-融化，循环3～6次，在90～160℃加热1～7天，再将温度降至室温后收集形成的沉淀，将沉淀用溶剂过滤并洗涤5～10次，然后在80～120℃下真空干燥24～48小时，获得共价有机骨架纳米线材料，

所述的A类单体的结构如下：

其中R为H或N，R₁为H或N，R₂为H或N，

其中R为H、F、OH，Me或NO₂，R₁为H或F，R₂为H或F，R₃为H或F，

或中的任意一种；

B类单体的结构如下：

其中R为H，F，OH，Me或NO₂，R₁为H或F，R₂为H或F，R₃为H或F，中的任意一种。

进一步地，所述的溶剂为无水氯仿、无水丙酮、无水四氢呋喃或无水二氧六环中的任意组合。

进一步地，所述正丁醇和乙酸溶液的体积比为3:1～12:1，乙酸溶液的浓度为3～9mol/L。