[发明专利]一种含杂原子有机微孔材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机微孔材料领域，特别涉及一种含杂原子有机微孔材料及其制备和应用。

背景技术

经典的微孔材料包括沸石、活性炭和金属有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks，MOFs)。沸石和活性炭是研究较早的微孔材料，由于其具有丰富的孔隙，大的比表面积及表面酸碱性，因此可以作为催化材料和吸附分离材料，被广泛应用于石油加工、日用化工和环境保护等领域。但同时它们也存在合成条件相对单一、可控性差、难以进行特殊的功能化等缺点，因此在其他领域的应用受到了一定的限制。

金属有机框架化合物于1998年由Yaghi小组首次报道，近十几年来得到学术界广泛的重视。它是由金属离子和有机配体自组装形成的，由于具有大的比表面积、可调的物理化学性质以及较容易修饰等优点，其在非线性光学材料、磁性材料、超导材料和储氢材料等新领域具有潜在的应用前景。然而，此类材料由弱的配位键组成，因此热稳定性相对较差，同时对于酸、碱、空气、水汽等相对敏感。此外，在材料成型过程中孔道中会包含一些客体分子（通常为溶剂分子），在脱除客体分子的过程中通常会伴随骨架的坍塌。这些微孔材料各自存在的缺陷，促使人们去寻求新的构筑永久多孔材料的策略，期望通过简洁有效的方法合成稳定的、能满足不同应用需求的多孔材料。正是基于这种研究背景之下，共价键结合的纯粹的多孔有机材料(Porous Organic Polymers，POPs)应运而生，并以其大的比表面积、低的骨架密度、可控的化学物理性质、简易的功能化以及合成策略多样化等特性，在短短的十年中得到了蓬勃的发展。

微孔有机材料由于具有大的比表面积、低的骨架密度和多样性的合成策略等优点，近几年来引起人们广泛的研究兴趣。这一领域目前的研究热点主要集中在设计合成新的、功能化的多孔有机材料，并将其应用于气体吸附、多相催化和有机光电等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含杂原子有机微孔材料及其制备和应用，该有机微孔材料性能优良，可应用到吸附气体，光电材料，多相催化，储氢材料等新型功能材料开发中。

本发明一种含杂原子有机微孔材料，该有机微孔材料的结构通式为：

其中，R各自独立的选自氢、疏水性基团、亲水性基团、手性基团、酯基、氰基、氨基、巯基中的一种。

所述R基团可以各自独立的为氢、烷基链，此时化合物为：

本发明的一种含杂原子有机微孔材料的制备方法，包括：

（1）前驱体的制备：

以间溴碘苯或者2-溴-4-碘吡啶为起始原料，通过Sonogashira、Suzuki偶联反应合成二苯炔衍生物，再通过八羰基二钴催化的三聚反应合成前驱体；

（2）将上述前驱体通过三氯化铁作为氧化剂的Scholl反应，制备高分子聚合物，即得含杂原子有机微孔材料。

步骤（2）中所述的三氯化铁的用量与前驱体用量的摩尔比为大于或等于9：1。

本发明的一种含杂原子有机微孔材料应用于制备吸附气体或储存气体的功能材料。

所述的气体为氮氧化物、氢气、二氧化碳、甲烷中的一种或几种。

本发明的一种含杂原子有机微孔材料应用于制备光电材料。

所述化合物经侧链拓展，还可以为亲水性基团、手性基团、酯基、氰基、氨基、巯基中的一种。其中，氧化剂用量越多，聚合度越大；氧化剂用量不同，聚合度不同，表现出的物理化学性能也不同。

本发明的一种含硫有机微孔聚合物材料可作为优良的有机微孔材料应用到吸附气体，光电材料，多相催化，储氢材料等新型功能材料开发中。

本发明实施例中记载了噻吩上不含侧链的含硫有机微孔材料的制备方法。

本发明的一种含硫有机微孔聚合物材料的制备方法，包括：以间溴碘苯为起始原料，通过Sonogashira反应、Suzuki偶联反应合成二苯炔衍生物，再通过八羰基二钴催化的三聚反应合成前驱体，最后通过Scholl反应合成聚合物。

本发明提供了一种利用含硫、氮的聚合单体聚合成一种有机微孔材料用于功能材料开发的研究。本发明的化合物具有规整的分子结构，可通过单体之间的聚合成为共轭有机微孔材料，可以应用到气体吸附，光电材料，多相催化，储氢材料等新型功能材料开发中。

本发明采用简便的方法合成含硫，氮杂原子有机微孔聚合物材料，具有制备方法简单，目标化合物结构新颖，氮气吸附量大，比表面积大，孔径分布均匀等特点，这将为开发新材料奠定基础。

有益效果：