[发明专利]多孔硅氧烷有机骨架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型功能材料及其制备方法，特别是多孔硅氧烷有机骨架材料及其制备方法。

背景技术

最近化学家们致力于采用很强的共价键将分子连接成周期性的开放骨架结构，成功的定向设计合成了一系列新型的多孔材料，如：共价有机骨架(covalent organic frameworks，简称：COFs)，咪唑类的类沸石骨架(zeolitic imidazolate frameworks，简称ZIFs)，内在微孔聚合物(polymers of intrinsicmicroporosity，简称PIMs)，共轭微孔聚合物(conjugatedmicroporous polymers，简称CMPs)，超交联聚合物(Hypercrosslinked polymers，简称HCPs)，它们具有很好的应用，例如：COFs具有高的孔容和低的孔密度，是很好的存储气体的材料；ZIFs对CO₂的吸附和分离有很好的选择性，在环保方面有潜在的应用价值。

近期，科学家们借助计算机模拟，以金刚石拓扑为合成思路，用四面体结构的四溴四苯甲烷(CPh4Br4)聚合形成稳定的共价键得到了多孔芳香骨架材料-1(porous aromaticframework-1，简称PAF-1)，具有目前为止报导的最大的孔表面积：Slangumire＝7100m²/g，它有很高的热稳定性并对H₂，CO₂，苯有很好的吸附性质。同时，科学家们也利用四面体和三角形节点的单体设计合成了碳纳米管拓扑(carbon nanotubetopology，简称cnt)的多孔芳香骨架-2(porous aromaticframework-2，简称PAF-2)，它有很高的热稳定性并能选择性吸附苯。

A型分子筛(LTA，Linde Type A，a kind of zeolite，http://izasc.ethz.ch/fmi/xsl/IZA-SC/ftc_ref.xsl？-db＝Atlas_main&-lay＝ref&STC＝LTA&-find)是一种拓扑学上很重要并且用途广泛的分子筛，能简单的在水热条件下合成，以(Al)SiO₄四面体为次级结构单元，具有立方体对称，结构中同时包含α，β两种笼结构，其直径分别为每个单胞中包含8个α笼和8个β笼，α笼之间通过8边形(8MR)的Si-O环连通。LTA分子筛的Si-O双四员环结构在拓扑结构上有其独特的意义。官能化的立方硅氧烷就是有机基团修饰的Si-O双四员环结构。如何利用这种能够高度官能化的硅氧烷单体构建新的具有很好的孔分布的有机无机杂化多孔聚合物材料，是一个研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以官能化的Si-O双四员环立方体硅氧烷为基础的有机无机杂化多孔聚合物材料。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：多孔硅氧烷有机骨架材料，具有式[1]所示的重复单元，

其中，R为：

数字1～10所标示的位置为C、N、CH或H被甲基、乙基、胺基、羧基、甲氧基、羟基或酯基所取代的CH；

字母a、b所表示的位置为C、N⁺或B^-。优选的，R为：

如式[ZSOF]所示，本发明提供的具有式[1]重复单元的多孔硅氧烷有机骨架材料(以下简称ZSOF)是由硅氧双四员环与R基团通过共价键连接的多孔有机聚合物材料。硅氧双四员环之间通过有机官能团R连接，有很好的Si-O立方体的刚性结构和有机官能团R。式[ZSOF]中的n为大于等于2的正整数，该材料在催化、分离等方面有很好的应用前景。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种多孔硅氧烷有机骨架材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：以式[2]所示的反应单体(以下简称OPS表示)通过催化聚合反应形成多孔硅氧烷有机骨架材料，

其中，R为：

数字1～10所标示的位置为C、N、CH或H被甲基、乙基、胺基、羧基、甲氧基、羟基或酯基所取代的CH；

字母a、b所表示的位置为C、N⁺或B^-；

X为卤素。