[发明专利]三维联吡啶功能化的有机多孔材料及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维联吡啶功能化的有机多孔材料及其合成方法和应用，该材料的合成方法为：在有机溶剂中，将四面体构型的四(4‑苯胺基)金刚烷和2,2’‑二联吡啶‑5,5’‑二甲醛均匀混合，然后加入催化剂醋酸水溶液，经过加热晶化、离心洗涤和加热真空干燥，可得到三维有机多孔材料BiPy‑Ad。本发明方法得到的BiPy‑Ad材料具有较高的比表面积，且呈现出微/介孔性质，并在气体(如H₂、CO₂及CH₄)的吸附实验中，表现出了较大容量的气体吸附能力。因此，BiPy‑Ad材料可以作为一种优异的气体吸附材料，应用于气体存储。

技术领域

本发明属于有机多孔材料领域，具体涉及三维联吡啶功能化的有机多孔材料及其合成方法和应用。

背景技术

以分子筛为代表的传统多孔材料具有大的比表面积、规整的孔道结构和活性位点，目前已成为精细化工、石油化工和日用化工等领域中一类重要的功能材料，，然而随着人类社会和技术的飞速发展，人们亟需开发新型多孔材料以满足人们在材料领域和能源领域日益增长的需求。在新型多孔材料中，无机-有机杂化多孔材料尤其是金属有机框架材料以及有机多孔材料在近年来发展迅速，其中，有机多孔材料作为一类由轻质元素通过共价键形成的稳定多孔材料，不仅具有较大的比表面积，而且具有较低的骨架密度及孔道、功能可裁剪的特征，近年来也已被广泛应用于吸附、催化和光电材料等领域。

吡啶基团是一种功能化的结构单元，在荧光探针、有机光电、材料化学、配位化学、多相催化等领域中有着广泛的应用。吡啶基团的结构与苯环相似，具有芳香性，适合用于构筑有机多孔材料，而且吡啶环上的氮原子有一对孤对电子，呈一定的碱性，即能够与金属原子进行配位，也能作为氢键给体。因此，将吡啶骨架引入有机多孔材料中，在功能化有机多孔材料的合成与应用方面具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种三维联吡啶功能化的有机多孔材料及其合成方法和应用。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种三维联吡啶功能化的有机多孔材料，该材料的结构式为：

一种三维联吡啶功能化的有机多孔材料的合成方法，包括如下步骤：

将四面体构型的四(4-苯胺基)金刚烷(TAPA)和2,2’-二联吡啶-5,5’-二甲醛(2,2’-BPy DCA)加入到安瓿瓶中，加入有机溶剂，超声混合均匀，然后加入醋酸水溶液作为催化剂，将安瓿瓶置于液氮中进行冷冻，抽真空并火焰封管，经过加热晶化、离心洗涤和加热真空干燥，即可得到三维联吡啶功能化的有机多孔材料BiPy-Ad。

优选的，四(4-苯胺基)金刚烷和2,2’-二联吡啶-5,5’-二甲醛的摩尔比为1:(2-3.5)；最佳摩尔比为：1:2。

优选的，所用有机溶剂为邻二氯苯、1,4-二氧六环、邻二氯苯/均三甲苯的混合溶剂、邻二氯苯/1,4-二氧六环的混合溶剂；最佳溶剂为：1,4-二氧六环。

优选的，所用的有机溶剂和醋酸水溶液的体积比为(5-10):1；最佳体积比为：10:1。

优选的，所用醋酸水溶液的浓度为3M-9M；最佳醋酸水溶液的浓度为：6M。

优选的，所述反应的温度为120-180℃；最佳反应温度为：140℃。

优选的，所述反应的时间为3-30天；最佳反应时间为：5天。

上述方法合成得到的三维联吡啶功能化的有机多孔材料可应用于多种气体的吸附存储，具体用于吸附H₂、CH₄和CO₂气体。

本发明具有如下优点：