一种二维共价有机框架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种二维共价有机框架及其制备方法和用途，所述方法包括以下步骤：A、将SJTU‑COF‑Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。该方法无污染，对设备的要求简单，反应条件温和，适合工业化大规模生产，对环境也能起到很大的保护作用。所得二维共价有机框架为SJTU‑COF‑AcO和/或SJTU‑COF‑CF3SO3，该材料框架密度低，孔隙率高，稳定性高，在非均相催化，气体储存，气体分离和储能方面，尤其是二氧化碳回收中具有潜在的应用价值。

A Two-Dimensional Covalent Organic Framework and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a two-dimensional covalent organic framework and its preparation method and application. The method comprises the following steps: A. dispersing SJTU COF Br in salt saturated solution, filtering and washing precipitate a after microwave heating; B. Then repeating step A to obtain precipitate B by vacuum drying. A two-dimensional covalent organic framework is obtained. This method is pollution-free, simple for equipment requirements, mild reaction conditions, suitable for large-scale industrial production, and can also play a great role in protecting the environment. The obtained two-dimensional covalent organic frameworks are SJTU COF AcO and/or SJTU COF CF3SO3. This material has low density, high porosity and high stability, and has potential application value in heterogeneous catalysis, gas storage, gas separation and energy storage, especially in carbon dioxide recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种二维共价有机框架及其制备方法和用途
本专利技术涉及高分子材料
的制备方法，涉及一种共价有机框架材料的合成方法，具体涉及一种新的二维共价有机框架及其制备方法和用途。
技术介绍
共价有机框架(CovalentOrganicFrameworks；COFs)是一类具有永久孔隙和周期结构的高度可设计的结晶多孔有机聚合物。COF是由共价键键合的轻质元素构成的。在二维(2D)COF中，有机结构单元通过共价键连接形成具有多边形拓扑结构的延伸2D石墨烯状有机片。2D有机片堆叠构成具有有序一维(1D)开放通道的分层框架结构。经过现有技术的文献检索发现，2012年DonglinJIANG等在《ChemicalSocietyReviews》41卷第6010-6022页发表CovalentOrganicFramework(共价有机框架)。COFs通道的形状和大小是可以设计的。由于框架密度低，孔隙率高，稳定性高，COFs在非均相催化，气体储存，气体分离和储能方面具有潜在的应用价值。由于温室气体的快速排放，采用传统的方法吸附CO2等温室气体，一则效率较低、二则成本较高。因此，在最新的科学研究中，利用多孔材料吸附CO2是最有希望的二氧化碳回收方法。它们的特点是具有较大的比表面积优势和优异的物理化学稳定性，目前已经开发了大量的多孔材料用于CO2吸附，如沸石，金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COF)。特别是COF材料，将传统的COF通过开环反应和点击反应转化可以成为出色的二氧化碳吸附平台。但目前共价有机框架材料的CO2吸附性能还不能满足需要。因为，需要设计制备具有高比表面积、含特定基团的共价有机框架材料，提高CO2吸附性能。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足，提供一种新的二维共价有机框架及其制备方法和用途。具体来说，就是在SJTU-COF-Br的基础上通过阴离子交换(分散在盐饱和溶液中，微波辅助法合成)来调整COF，此方法前景较好，制备非常简便，很大程度上提高了CO2的吸附能力，而关于产物，就是SJTU-COF-AcO和SJTU-COF-CF3SO3，即阳离子框架与乙酸根、三氟甲磺酸根离子结合。值得注意的是，SJTU-COF-AcO的CO2吸附能力在这些SJTU-COF中最高，比SJTU-COF-Br提高了1.7倍。据了解，根据数据，SJTU-COF-AcO的吸附能力与顶级的COF材料相当。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种二维共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：A、将SJTU-COF-Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。优选地，步骤A中，所述的盐为乙酸钾或三氟甲烷磺酸钾。相对于其它的盐，这两种盐拥有较大的溶解度和较低廉的价格，适合廉价的工业化生产。本专利技术采用特定选择SJTU-COF-Br为原料，未选择SJTU-COF-Cl和SJTU-COF-I等，是因为SJTU-COF-Br可由商业化的原料一步简单快速合成得到。优选地，步骤A中，所述微波加热的条件包括：在60-100℃微波辐射下加热20-60分钟。更优选在80℃微波辐射下加热30分钟。若温度过高或过低，均无法制得本专利技术的产物。优选地，所述SJTU-COF-Br或沉淀物a与盐饱和溶液的质量体积比为40-60mg/mL，更优选该比例为50mg/mL。优选地，步骤B中，所述重复2次步骤A的方法。优选地，步骤B中，所述真空干燥的条件包括：在100℃下真空干燥12小时。本专利技术还提供了一种根据前述方法制备的二维共价有机框架，其特征在于，所述二维共价有机框架为SJTU-COF-AcO和/或SJTU-COF-CF3SO3。本专利技术还提供了一种根据权利要求7所述的二维共价有机框架在二氧化碳吸附中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术采用快速微波辅助溶剂热法合成了阳离子型SJTU-COF-AcO，SJTU-COF-CF3SO3。通过微波辅助阴离子交换技术，得到的COF显示出高结晶度，稳定性和孔隙率。结果表明阴离子交换可以成为一种新的方式，为COFs的高效气体储存和分离提供了一种新的方法。本专利技术的制备方法无污染，对设备的要求简单，反应条件温和，适合工业化大规模生产，对环境也能起到很大的保护作用。所得二维共价有机框架为SJTU-COF-AcO和SJTU-COF-CF3SO3，该材料框架密度低，孔隙率高，稳定性高，在非均相催化，气体储存，气体分离和储能方面，尤其是二氧化碳回收中具有潜在的应用价值。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为SJTU-COF-AcO的合成示意图；图2为SJTU-COF-CF3SO3的合成示意图；图3为SJTU-COF-AcO的氮气吸附等温线；图4为SJTU-COF-CF3SO3的氮气吸附等温线；图5为SJTU-COF-AcO的粉末X射线衍射图；图6为SJTU-COF-CF3SO3的粉末X射线衍射图；图7为SJTU-COF-AcO的的扫描电子显微镜(SEM)图像；图8为SJTU-COF-CF3SO3的的扫描电子显微镜(SEM)图像；图9为SJTU-COF-AcO的热重分析图；图10为SJTU-COF-CF3SO3的热重分析图；图11为SJTU-COF-AcO的红外吸收光谱；图12为SJTU-COF-CF3SO3的红外吸收光谱；图13为SJTU-COF-AcO的二氧化碳吸附等温线；图14为SJTU-COF-CF3SO3的二氧化碳吸附等温线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。以下实施例提供了一种二维共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：A、将SJTU-COF-Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。步骤A中，所述的盐为乙酸钾或三氟甲烷磺酸钾。相对于其它的盐，这两种盐拥有较大的溶解度和较低廉的价格，适合廉价的工业化生产。本专利技术采用特定选择SJTU-COF-Br为原料，未选择SJTU-COF-Cl和SJTU-COF-I等，是因为SJTU-COF-Br可由商业化的原料一步简单快速合成得到。步骤A中，所述微波加热的条件包括：在60-100℃微波辐射下加热20-60分钟。更优选在80℃微波辐射下加热30分钟。若温度过高或过低，均无法制得本专利技术的产物。所述SJTU-COF-Br或沉淀物a与盐饱和溶液的质量体积比为40-60mg/mL，更优选该比例为50mg/mL。步骤B中，所述重复2次步骤A的方法。步骤B中，所述真空干燥的条件包括：在100℃下真空干燥12小时。实施例1本实施例提供的SJTU-COF-AcO，SJTU-COF-CF3SO3的制备路线如图1和图2所示，制备方法如下：步骤一，SJTU-COF-Br的制备：在微波加热条件下，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维共价有机框架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将SJTU‑COF‑Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。

【技术特征摘要】
1.一种二维共价有机框架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将SJTU-COF-Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。2.根据权利要求1所述的二维共价有机框架的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述的盐为乙酸盐或三氟甲烷磺酸盐。3.根据权利要求1所述的二维共价有机框架的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述微波加热的条件包括：在60-100℃微波辐射下加热20-60分钟。4.根据权利要求1所述的二维共价有机框架的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩，丁宇森，郭彬斌，刘加强，花晓琳，顾军辉，王政，智侃茹，扶静，王婉晴，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海施昆电气有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31