共價有機骨架材料COF.ppt

1、共價有機骨架聚合物(COFs)的合成及應(yīng)用,報 告 人： 時 間：,1,目 錄,一、COFs材料介紹,二、 COFs材料合成方法,三、 COFs材料應(yīng)用,四、小結(jié)和展望,2,一、COFs材料介紹,1.1 COFs的概念 共價有機骨架聚合物（Covalent organic frameworks）簡稱COFs，是以輕元素C、O、N、B等以共價鍵連接而構(gòu)建，經(jīng)熱力學(xué)控制的可逆聚合形成的有序多孔結(jié)構(gòu)的晶態(tài)材料,O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170,動力學(xué)控制,熱力學(xué)控制,無序多孔材料,COFs,3,COF-1和COF-5的構(gòu)建,O. M

2、. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170,4,COF-5,1.2.1 按形成的共價鍵分類,W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568,A.硼氧六環(huán),B.硼酸酯,C.三 嗪,D.亞 胺,E. 腙,反應(yīng)可逆,構(gòu)建單元立體構(gòu)型保持,剛性結(jié)構(gòu),單體、寡聚物相互交換,1.2 COFs材料的分類,Error checking,5,1.2.2 按空間構(gòu)型分類：2D COFs 和3D COFs,2D COFs的構(gòu)建方法,D. Jiang, et al., Chem. Soc. Rev., 2012,

3、 41, 6010-6022,COFs材料的分類,6,3D COFs的構(gòu)建方法,O. M. Yaghi, et al., Science, 2007, 316, 268-272,3D COFs的特點： 通過共價鍵連接擴展形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 具有較大的BET值（可達4000m2g-1） 更高的熱穩(wěn)定性（400-500） 密度小（最低至0.17cm-3g-1） 很多開放位點 儲存氣體的良好“容器,7,Y. Yan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355,3D COFs的構(gòu)建,8,二、COFs合成方法,2.1 溶劑熱法,溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)混合

4、,Pyrex tube,脫氣 密封,120，3d,O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170,特點：對COFs材料具有較好的普適性，但合成時間較長，溫度較高,9,溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)/乙酸混合,microwave tube,微波條件下反應(yīng),100，60min,TpPa-COF,L. Wang, et al., Chem. Commun., 2015, 51, 12178-12181,2.2 微波輔助法合成COFs,特點：合成時間短，反應(yīng)溫度相對更低,10,ZnCl2,400，40h,A. Thomas, et al., Angew.

5、 Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453,不同的單體,CTF（ Covalent Triazine-Based Frameworks ）系列材料,2.3 離子熱法合成COFs,11,2.4 其他合成方法,單層COFs的合成,W. R. Dichtel, et al., Science, 2011, 332, 228-231,12,2.5 COFs的性質(zhì),孔徑范圍寬,COFs,熱穩(wěn)定 性高,多孔 晶體,低密度,結(jié)構(gòu)多樣,高比表面,規(guī)整結(jié)構(gòu),有序孔,結(jié)構(gòu)單元多樣化,從微孔到介孔,COF-103的BET 4210m2 /g,COF-108低至 0.17cm3g-1,共

6、價鍵連接，300-500,13,三、 COFs的應(yīng)用,3.1 氣體儲存,O. M. Yaghi, et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8875-8883,14,COFs孔道功能化儲存二氧化碳的研究,D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082,小結(jié)：孔道修飾策略得到了一系列由直接縮合反應(yīng)難以得到的孔道多樣化的COFs,并且經(jīng)過修飾的COFs表現(xiàn)出了明顯優(yōu)化的CO2吸附能力,15,3.2 在催化中的應(yīng)用,A. 骨架雜原子配位金屬引入催化位點 骨架官能團衍生化引入催化位點,B.單體導(dǎo)入官能團作為催化位點,設(shè)計策略,16,W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822,骨架雜原子配位金屬引入催化位點,17,D. Zhao, et al., ChemSusChem., 2015, 8, 3208-3212,單體導(dǎo)入官能團作為催化位點,TFP-DABA,18,四、小結(jié)和展望,展望： 合成：開發(fā)高效合成方法，縮短反應(yīng)時間，增加合成量 結(jié)構(gòu)：開發(fā)更多新型的COFs材料，得到集高穩(wěn)定性、高結(jié)晶度以及多孔性于一體的COFs 應(yīng)用：拓展應(yīng)用范圍，深化研究領(lǐng)域,小結(jié)： COFs材料具有熱穩(wěn)定性高、比表面大等優(yōu)點，在氣體儲存、