[发明专利]一种甘油调节液相合成共价有机框架纳米片的方法

说明书

本发明提供一种甘油调节液相合成共价有机框架纳米片的方法，包括：选择易溶于甘油的醛类和胺类单体，分别溶解在甘油中，得到两种单体的甘油溶液；将两种单体的甘油溶液相互混合并搅拌均匀，接着加入席夫碱反应催化剂并继续搅拌2 h以上，然后将溶液中的空气排出并进行热处理，即可直接得到共价有机框架纳米片的均相分散液。本发明的方法具有简单、高效、绿色等特点，在合成过程中无需添加额外的模板或剥离剂，提高了纳米片的纯度，简化了操作步骤，实现了共价有机框架纳米片的批量制备。

技术领域

本发明属于多孔二维材料领域，具体涉及一种甘油调节液相合成共价有机框架纳米片的方法。

背景技术

共价有机框架是一类由共价键连接而成的多孔结晶聚合物，其中大部分共价有机框架材料为二维结构，即面内为稳定的共价周期性结构且轴向上通过层间范德华力形成层状结构。作为新兴的多孔材料，共价有机框架材料具有高孔隙率、低密度和良好的热/化学稳定性等特点。单体的多样性更赋予了共价有机框架可调节的孔隙和丰富的可设计性，因此已广泛应用于药物传递、能量存储、催化、传感和污染物去除等领域。其中单层或少层共价有机框架纳米片由于极高的面厚比，能够增强该材料的化学、物理、电子和光学性性质，并最小化粒子的传输路径，在高性能光电元件的制备及高精度分离方面展现出了独特的优势。然而，大多数合成的共价有机框架材料基本都是三维固态产物，例如CN113817116A，CN106117474A，CN113274982A，CN109894082A等中国专利文献中公开的方法，这些方法制备得到的共价有机框架材料大多呈现颗粒状、花状与块状等三维形态。这类三维形态的产物虽然也具有多孔材料的性能优势，但较低的可加工性显著限制了其应用领域。相比之下，二维薄片形态会具有更大的比表面积以及较高的可加工性。

共价有机框架纳米片主要通过克服较弱的层间范德华力获得，现阶段的制备方法主要有两类，分别是自上而下的剥离法与自下而上的合成法。自上而下法涉及块状材料的预合成，然后通过机械或化学剥离的方式获得单层和少层结构，典型的方法有超声处理、机械研磨、和化学插层等。然而，这些方法获得纳米片通常存在结构缺陷、厚度不均一且产量较低，从而阻碍了共价有机框架纳米片的大规模制备与实际应用。而自下而上法能够有效克服这些问题，通过模板、界面或一些化学添加剂的引入让单体直接生成尺寸较大且质量较高的寡层结构。例如，通过亚胺交换的方法在共价有机框架片层边缘引入具有刚性基团的第三种单体可以增大相邻片层之间的距离，从而形成超薄的纳米片（J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 17431−17440.）。另一种途径是在固体模板表面生长共价有机框架纳米片，盐晶体作为可溶性模板可以在反应体系中提供丰富的固液界面，诱导界面受限合成寡层的纳米片（Chem. Sci. 2020, 11, 989-996.）。然而，现有技术中大部分自下而上法中添加剂的引入也会增加过程的复杂性并影响纳米片的质量与纯度。

鉴于上述背景，有必要开发一种简单高效且环境友好的制备高质量共价有机框架纳米片的方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷与不足，本发明提出一种甘油调节液相合成共价有机框架纳米片的方法，可以通过简单高效且环境友好的方法在液相中直接获得共价有机框架纳米片。

一种甘油调节液相合成共价有机框架纳米片的方法，包括：

1）选择易溶于甘油的醛类和胺类单体，分别溶解在甘油中，得到两种单体的甘油溶液；

2）将1）获得的两种单体的甘油溶液相互混合并搅拌均匀，接着加入催化剂并持续搅拌2 h以上，然后排出空气，并热处理1~3天，即可直接得到共价有机框架纳米片的均相分散液。