一种COFs材料的框架异构体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种COFs材料的框架异构体及其制备方法和应用，属于共价有机骨架材料和分析检测领域。所述的COFs材料框架异构体为BATD

【技术实现步骤摘要】
一种COFs材料的框架异构体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于共价有机骨架材料
，具体地说，涉及一种COFs材料的框架异构体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]共价有机框架材料(covalent organic framework materials,COFs)由轻元素(例如B,C,Si,N和O)通过强共价键(例如B
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O,C
‑
N,C＝N和C＝C
‑
N)连接有机单元而构成，经热力学控制的可逆聚合反应合成。共价有机框架材料的拓扑结构通常被认为是由发生缩合的反应单体对称性所决定的。在这种情况下，即可根据不同需要，使用具有不同对称性的反应单体来提供具有不同拓扑结构的COFs材料。此外，COFs材料连接键的生成是一种动态可逆的反应。所以反应单体具有多种连接方式时，不同产物的分布主要归因于不同产物的能量差。即最低的能量产生最稳定的产物，并且与其他可能的结构异构体相比，如果能隙足够大，它将是唯一的产物。
[0003]从拓扑学的角度来看，使用D2h对称单体和C2对称单体缩合会生成两种晶体系统：一种是在周期骨架中仅具有单一均匀尺寸孔的正交系统，另一种是具有两种不同类型孔的六方晶系。此外，每个系统都可以进一步分为两种结构：重叠和交错。因此，将有四种可能的结构可以生成。在热力学控制条件下，此系统所能合成的产物取决于四种产物的能量差，因此，如果产物之间的能量差异足够大，即可合成能量最低的唯一产物。
[0004]COFs材料的框架异构体指的是分子式和化学组成相同但空间原子排列不同的结构。在这种情况下，异构体通常表现出不同的物理和化学性质。然而，尽管已经通过实验合成了COF中几种类型的框架异构体，但框架异构体的数量非常有限，它们的合成只能靠运气。Wang和同事合成了三维COF互穿异构的第一个例子，但在该报道中只研究了溶剂体系，对于其他条件的影响情况未可知，对其微观形貌的变化也尚未报道。由于异构现象在COFs材料以及基础化学中是一种重要的现象，因此非常需要寻找其他类型的COFs异构体，探究其形貌差异及调控。

技术实现思路

[0005]为克服
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种COFs材料的框架异构体及其制备方法和应用，利用D2h对称的单体四苯氨基苯(BATD)和C2对称的单体2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛(Dma)为原料，利用不同方法，在特定条件下合成能量最低的唯一产物，实现了两种框架异构的COFs材料的合成；并通过控制合成方法和合成条件，实现对两种框架异构的COFs材料形貌的精确控制；利用两种框架异构体形貌的散射特性实现了对实际水样中Pb
2+
离子的选择性检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种COFs材料框架异构体，所述的COFs材料框架异构体为BATD
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Dma
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COF K和BATD
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Dma
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COF R，制备的原料为D2h对称的单体四苯氨基苯，C2对称的单体2,5
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二甲氧基
苯
‑
1,4
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二甲醛。
[0008]COFs材料框架异构体的制备方法之一，采用热溶剂法合成BATD
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Dma
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COF K、BATD
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Dma
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COF R；
[0009]合成BATD
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Dma
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COF K的具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛加入10.0mL Pyrex管中；2)加入甲醇和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将充分混匀后的混合物置于液氮浴中迅速冷冻，抽真空后将Pyrex管密封并置于100℃恒温烘箱中反应；4)过滤收集产物，并分别用无水N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃各洗涤3次，然后再用无水丙酮离心洗涤5次，经80℃下干燥后得到黄色BATD
‑
Dma
‑
COF K粉末；
[0010]合成BATD
‑
Dma
‑
COF R的具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛加入到10.0mL Pyrex管中；2)加入均三甲苯和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将其冷冻并抽真空，密封后Pyrex管置于100℃恒温烘箱中反应；4)过滤收集产物，并分别用无水N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃各洗涤3次，然后再用丙酮离心洗涤5次，经80℃下干燥后得到黄色BATD
‑
Dma
‑
COF R粉末。
[0011]进一步地，合成BATD
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Dma
‑
COF K和BATD
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Dma
‑
COF R时，四苯氨基苯和2,5
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二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛的比例为1:2。
[0012]进一步地，合成BATD
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Dma
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COF K的恒温反应时间为3
‑
8d；合成BATD
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Dma
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COF R的恒温反应时间为2
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8d。
[0013]制备方法之二，采用室温溶剂法合成BATD
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Dma
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COF K；具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
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二甲醛加入到10.0mL离心管中；2)加入均三甲苯和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将混合物于室温下反应；4)过滤收集产物，并分别用无水N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃各洗涤3次，然后再用无水丙酮离心洗涤5次，经80℃下干燥后得到黄色BATD
‑
Dma
‑
COF K粉末。
[0014]进一步地，室温溶剂法合成BATD
‑
Dma
‑
COF K时，合成BATD
‑
Dma
‑
COF K时，四苯氨基苯和2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛的比例为1:2，室温下反应的时间为2
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9d。
[0015]采用热溶剂法，在合成BATD
‑
Dma
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COF K时，添加苯甲醇、苯胺调节剂，调控BATD<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种COFs材料框架异构体，其特征在于：所述的COFs材料框架异构体为BATD
‑
Dma
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COF K和BATD
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Dma
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COF R，制备的原料为D2h对称的单体四苯氨基苯，C2对称的单体2,5
‑
二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛。2.根据权利要求1所述的一种COFs材料框架异构体的制备方法，其特征在于：采用热溶剂法合成BATD
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Dma
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COF K、BATD
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Dma
‑
COF R；合成BATD
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Dma
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COF K的具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛加入10.0mL Pyrex管中；2)加入甲醇和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将充分混匀后的混合物置于液氮浴中迅速冷冻，抽真空后将Pyrex管密封并置于100℃恒温烘箱中反应；4)过滤收集产物，并分别用无水N,N
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二甲基甲酰胺、四氢呋喃各洗涤3次，然后再用无水丙酮离心洗涤5次，经80℃下干燥后得到黄色BATD
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Dma
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COF K粉末；合成BATD
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Dma
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COF R的具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛加入到10.0mL Pyrex管中；2)加入均三甲苯和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将其冷冻并抽真空，密封后Pyrex管置于100℃恒温烘箱中反应；4)过滤收集产物，并分别用无水N,N
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二甲基甲酰胺、四氢呋喃各洗涤3次，然后再用丙酮离心洗涤5次，经80℃下干燥后得到黄色BATD
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Dma
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COF R粉末。3.根据权利要求1所述的一种COFs材料框架异构体的制备方法，其特征在于：采用室温溶剂法合成BATD
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Dma
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COF K；合成BATD
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Dma
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COF K的具体步骤为：1)将四苯氨基苯、2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛加入到10.0mL离心管中；2)加入均三甲苯和乙酸震荡均匀后超声处理10min直到单体完全分散；3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌剑，普正芬，文秋林，吴必超，赵瑞贤，伏艳波，杨妮，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：