一种双功能卟啉基共价有机框架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种双功能卟啉基共价有机框架材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种双功能卟啉基共价有机框架材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种共价有机框架材料
(COFs
材料
)
，特别涉及一种具有双功能的含噻吩结构的卟啉基
COFs
材料，还涉及一种双功能卟啉基
COFs
材料的制备方法及其在
CO2吸附和光催化苄胺类化合物氧化偶联方面的应用，属于功能高分子合成

。

技术介绍

[0002]新型先进功能材料的结构与功能之间的关系引起了人们的广泛关注
。
设计具有独特结构的功能材料，如孔隙结构
、
成分组成
、
活性位点等，对目标应用具有重要意义
。
在
CO2捕集方面，基于多孔材料的吸附以其高捕获能力和易于操作的优点受到越来越多的关注
。
有文献报道，高的
BET(brunauer
‑
emmet
‑
teller)
表面积
(S
BET
)、
微孔尤其是非微孔以及杂原子含量显著影响
CO2捕集性能
。
具体来说，由于引入了偶极
‑
四极或氢键，杂原子对
CO2的吸附起到了积极的作用，同时静电相互作用也有助于
CO2的吸附
。
根据微孔填充机制，微孔尤其是超微孔对
CO2吸附至关重要
。
在催化方面，多孔材料具有较高的
S
BET
和特殊孔隙结构可以增加活性位点的暴露面积，暴露的活性位点越多，催化性能越好
。
综上所述，通过调整先进功能材料的化学结构和孔隙结构，协调
S
BET
、
微孔含量和杂原子含量之间的关系，可以实现特殊用途材料的可控合成
。
[0003]共价有机框架
(COFs)
作为一种先进功能材料，其具有优异的结构稳定性
、
较高的
S
BET
和孔径
(V
total
)
，特别是在功能设计
、
结构单元和连接方式多样化等方面表现出了巨大优势，比如其孔结构易于进行精确调节，在
COFs
的构建单元中易于进行功能化修饰
。
但是现有报道的
COFs
材料仍然存在孔径孔道单一，且难以构筑较小孔径，从而导致难以实现较好的气体吸附性能及多功能化等缺陷
。
到目前为止，还未见同时具有优异二氧化碳吸附性能和高光催化活性的
COFs
材料的构建方法
。

技术实现思路

[0004]针对现有的
COFs
材料存在的缺陷，本专利技术的第一个目的是在于提供一种双功能卟啉基
COFs
材料，该材料的分子结构稳定，且具有多孔结构，比表面大，富含微孔和介孔以及修饰大量杂原子，赋予其对二氧化碳的较强吸附能力
、
较大吸附容量以及较高吸附选择性等特点，表现出较好的二氧化碳吸附性能，同时该材料中的噻吩单元与卟啉单元构筑成
D
‑
A
结构，可以加速光电子转移，增强光催化性能，且其较高的比表面积和丰富的孔隙结构大大增加催化活性位点的暴露面积，提高了催化性能，从而赋予其较好的光催化性能
。
[0005]本专利技术的第二个目的是在于提供一种双功能卟啉基
COFs
材料的制备方法，该方法可以实现
COFs
材料的物理化学结构
、
孔结构和带隙结构的精准调控，使其满足吸附和光催化应用要求，且其制备方法简便
、
成本低廉
、
无二次污染，能实现工业化生产
。
[0006]本专利技术的第三个目的是在于提供一种双功能卟啉基
COFs
材料在
CO2吸附中的应用，根据尺寸效应，其比表面积为
600
～
1500m2/g
，孔容为
0.5
～
2.0cm3/g
，平均孔径为
0.6
～
3.6nm
，根据酸碱效应及偶极
‑
偶极作用，其杂原子含量为8～
20wt.
％，使其具有优异的二氧
化碳吸附性能，对二氧化碳吸附选择性高，吸附能力强，特别适合大气中
CO2的高效吸附，且其可以重复使用
(≥5
次
)
，使用成本低
。
[0007]本专利技术的第四个目的是在于提供一种双功能卟啉基
COFs
材料在光催化苄胺类化合物氧化偶联中的应用，该材料的紫外可见吸光范围＞
600nm
，禁带宽度＜
2.5eV
，催化转化率和选择性高，且可以重复使用
(≥5
次
)
，稳定性好，使用成本低
。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种双功能卟啉基共价有机框架材料的制备方法，该方法是将噻吩基二醛单体与
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
卟啉或
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
金属卟啉通过席夫碱反应，即得
。
[0009]本专利技术技术方案的关键是在于以噻吩基二醛单体和
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
卟啉
(
或金属卟啉
)
通过醛基与胺基之间的席夫碱反应形成共价键连接噻吩单元和卟啉单元获得具有噻吩结构的卟啉基
COFs
材料
。
其噻吩单元和卟啉单元之间有序连接构筑了丰富的多孔结构，赋予其高比表面积和高孔隙率，同时噻吩单元引入了大量的极性杂原子可作为吸附位点与
CO2之间形成强亲和力，从而大幅提升
COFs
材料对
CO2的吸附能力和吸附选择性
。
同时卟啉单元的引入能有效调节
COFs
材料的带隙结构，且噻吩单元可作为电子受体，卟啉单元作为电子给体构筑成典型的
D
‑
A
结构，从而加速光电子转移，进而增强材料的光催化性能，材料具有大比表面积以及发达的孔隙结构，使得催化活性位点充分暴露，特别是金属离子的引入可在结构中构筑不饱和金属位点来进一步增强光催化性能，从而赋予材料较好的光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双功能卟啉基共价有机框架材料的制备方法，其特征在于：将噻吩基二醛单体与
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
卟啉或
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
金属卟啉通过席夫碱反应，即得
。2.
根据权利要求1所述的一种双功能卟啉基共价有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述噻吩基二醛单体包括
2,3
‑
二醛基噻吩
、
噻吩并
[3,2
‑
b]
噻吩
‑
2,5
‑
二羧醛
、
噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛
、
二噻吩并
[3,2
‑
b:2',3'
‑
d]
噻吩
‑
2,6
‑
二甲醛
、2,2'
‑
联噻吩
‑
5,5'
‑
二甲醛
、3,7
‑
二醛基二苯并噻吩中至少一种
。3.
根据权利要求1所述的一种双功能卟啉基共价有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述
5,10,15,20
‑
四
(4
‑
氨基苯
)
‑
21H,23H
‑
金属卟啉中负载的金属离子为亚铁离子
、
锌离子或钴离子
。4.
根据权利要求1～3任一项所述的一种双功能卟啉基共价有机框架材料的制备方法，其特征在于：所述噻吩基二醛单体与
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健涵，王佳佳，刘中兴，王立志，曹毅文，王悠，李嘉伟，周发，刘又年，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：