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1、共价有机骨架聚合物 COFs 的 合成及应用 报 告 人 时 间 1 目 录 一 COFs材料介绍 二 COFs材料合成方法 三 COFs材料应用 四 小结和展望 2 一 COFs材料介绍 1 1 COFs的概念 共价有机骨架聚合物 Covalent organic frameworks 简称COFs 是以轻元素C O N B等以共价键 连接而构建 经热力学控制的可逆聚合形成的有序多 孔结构的晶态材料 O M Yaghi et al Science 2005 310 1166 1170 动力学控制 热力学控制 无序多孔材料 COFs 3 COF 1和COF 5的构建 O M Yaghi et
2、al Science 2005 310 1166 1170 COF 5 4 1 2 1 按形成的共价键分类 W Wang et al Chem Soc Rev 2013 42 548 568 A 硼氧六环 B 硼酸酯 C 三 嗪 D 亚 胺 E 腙 反应可逆 构建单元立体构型保持 刚性结构单体 寡 聚物相互 交换 1 2 COFs材料的分类 Error checking 5 1 2 2 按空间构型分类 2D COFs 和3D COFs 2D COFs的构建方法 D Jiang et al Chem Soc Rev 2012 41 6010 6022 COFs材料的分类 6 3D COFs的构建
3、方法 O M Yaghi et al Science 2007 316 268 272 3D COFs的特点 通过共价键连接扩展形成网状结构 具有较大的BET值 可达4000m2g 1 更高的热稳定性 400 500 密度小 最低至0 17cm 3g 1 很多开放位点 储存气体的良好 容器 7 Y Yan et al J Am Chem Soc 2015 137 8352 8355 3D COFs的构建 8 二 COFs合成方法 2 1 溶剂热法 溶剂 均三甲苯 二氧六环混合 Pyrex tube 脱气 密封 120 3d O M Yaghi et al Science 2005 310 11
4、66 1170 特点 对COFs材料具有较好的普适性 但合成时间 较长 温度较高 9 溶剂 均三甲苯 二氧六环 乙酸混合 microwave tube 微波条件下反应 100 60min TpPa COF L Wang et al Chem Commun 2015 51 12178 12181 2 2 微波辅助法合成COFs 特点 合成时间短 反应温度相对更低 10 ZnCl2 400 40h A Thomas et al Angew Chem Int Ed 2008 47 3450 3453 不同的单体 CTF Covalent Triazine Based Frameworks 系 列材料
5、 2 3 离子热法合成COFs 11 2 4 其他合成方法 单层COFs的合成 W R Dichtel et al Science 2011 332 228 231 12 2 5 COFs的性质 孔径范 围宽 COFs 热稳定 性高 多孔 晶体 低密度 结构 多样 高比 表面 规整结构 有序孔 结构单元多样化 从微孔到介孔 COF 103的BET 4210m2 g COF 108低至 0 17cm3g 1 共价键连接 300 500 13 三 COFs的应用 3 1 气体储存 O M Yaghi et al J Am Chem Soc 2009 131 8875 8883 MaterialCo
6、mposition pore size Vp DR cm3g 1 SBET m2g 1 H2 uptake mg g 1 CH4 uptake mg g 1 CO2 uptake mg g 1 COF 1C3H2BO90 375014 840230 COF 5C9H4BO2271 07167035 889870 COF 102C25H24B4O8121 55362072 41871200 COF 103C24H24B4O8Si121 54353070 51751190 zeolites 125025 586370 mesoporous silicas 450 1070 14 65 MOF 5C
7、24H12O13Zn412 15 380076120 300K 970 40bar MOF 177C54H30O13Zn411 17 475075 2 1490 40bar 14 COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究 D Jiang et al J Am Chem Soc 2015 137 7079 7082 小结 孔道修饰策略得到了一 系列由直接缩合反应难以得到 的孔道多样化的COFs 并且经 过修饰的COFs表现出了明显 优化的CO2吸附能力 15 3 2 在催化中的应用 A 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点 B 单体导入官能团作为催化位点 设计策略 16 W
8、Wang et al J Am Chem Soc 2011 133 19816 19822 Entry RX Time h Yield 1I396 2I297 3Br2 598 4Br397 骨架杂原子配位金属引入催化位点 17 Entry TFP DABA loading mol T oC Fructose Conversion HMF Selectivity Yield 15100679765 37 5100849781 410100 999797 5 1005n d n d D Zhao et al ChemSusChem 2015 8 3208 3212 单体导入官能团作为催化位点 T
9、FP DABA 18 四 小结和展望 展望 合成 开发高效合成方法 缩短反应时间 增加合成量 结构 开发更多新型的COFs材料 得到集高稳定性 高 结晶度以及多孔性于一体的COFs 应用 拓展应用范围 深化研究领域 小结 COFs材料具有热稳定性高 比表面大等优点 在气体储存 催化以及电子器件领域很有应用前景 硼基COFs有高的结晶度和规整的孔道结构 但是对水和质 子性溶剂不稳定 基于亚胺 腙 三嗪等的COFs稳定有所 提升 但是一般具有较差的结晶度以及有限的孔道 19 Thank you Thank you 20 此课件下载可自行编辑修改 此课件供参考 部分内容来源于网络 如有侵权请与我联系删除
