[发明专利]一种多孔有机材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于多孔材料技术领域，特别涉及一种多孔有机材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种多孔有机材料的制备方法，包括以下步骤：将有机单体进行偶联聚合反应，得到二维拓扑材料；将所述二维拓扑材料、催化剂、外交联剂和溶剂混合，进行傅‑克反应，得到多孔有机材料；所述有机单体包括芳香型卤代物、硼酸取代的芳香化合物、硼酸频那醇酯基取代的芳香化合物、炔基取代的芳香化合物和烯基取代的芳香化合物中的一种或多种。本发明首先制备具有骨架刚性的二维拓扑材料，然后通过向二维拓扑材料的刚性有机网络中间穿插取代基并通过共价键固定，从而实现原有二维拓扑材料中多孔骨架的扩展，显著增加二维拓扑材料的比表面积及孔隙率。

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，特别涉及一种多孔有机材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔有机材料按不同类型，主要分为超交联聚合物、自具微孔聚合物、共价有机骨架材料、共轭微孔聚合物、共价三嗪骨架材料和多孔芳香骨架材料。其中，超交联聚合物制备成本低廉，但其单体种类有限，难以实现更高比表面积超交联聚合物的制备；自具微孔聚合物具有优异的溶解性，有利于其在膜分离领域的应用，但单体种类少、比表面积偏低仍制约其发展；共价有机骨架材料具有优异的长程有序结构，可以通过结构设计实现孔径大小的有效调控，且由于其结晶性往往表现出较高的比表面积，但其相对苛刻的制备条件及有限的有机反应类型，使其现阶段难以实现商品化发展；共轭微孔聚合物合成方法具有多样性，原料种类繁多，理论上可以实现工业生产，但多数该类材料比表面积较低；共价三嗪骨架材料继承了共价有机骨架材料的部分优点，但传统的高温离子热的方法往往导致结构碳化而失去自身结构优势，难以商品化；多孔芳香骨架材料在比表面积方面表现优异，数例比表面积超过5000m²/g的多孔芳香骨架材料已被成功制备且具有很好的稳定性，但其制备成本过于昂贵且单体种类极其有限，现阶段同样难以实现商品化。

本申请人对已报道的1366种多孔有机材料的BET比表面积进行了分析总结，结果表明21.1％的多孔有机材料比表面积均低于400m²/g，19.5％的多孔有机材料比表面积集中在600～800m²/g，高比表面积(BET比表面积1000m²/g)的多孔有机材料仅29.1％。可见，通过优化反应条件、设计更加复杂的单体、开发新的有机反应类型等技术手段仍很难实现更高比表面积多孔有机材料的制备。面对高比表面积多孔有机材料合成难题，探索新的合成方法，以实现制备成本低廉、制备工艺简单、孔结构优异、骨架可功能化、比表面积高的多孔有机材料具有重要产业意义和经济价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多孔有机材料及其制备方法，使用本发明提供的制备方法制备得到的多孔有机材料具有比表面积高、孔结构优异的特点，且制备方法成本低廉、工艺简单，适宜商品化生产。本发明还提供了一种多孔有机材料的应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多孔有机材料的制备方法，包括以下步骤：

将有机单体进行偶联聚合反应，得到二维拓扑材料；

将所述二维拓扑材料、催化剂、外交联剂和溶剂混合，进行傅-克反应，得到多孔有机材料；所述有机单体包括芳香型卤代物、硼酸取代的芳香化合物、硼酸频那醇酯基取代的芳香化合物、炔基取代的芳香化合物和烯基取代的芳香化合物中的一种或多种。

优选的，所述有机单体包括1,3,5-三溴苯、1,4-二溴苯、1,2,4,5-四溴苯、1,4-二碘苯、2,4,6-三溴苯胺、1,4-苯二硼酸、4,4’-联苯二硼酸、4,4’-联苯二硼酸二频那醇酯、1,4-苯二硼酸二频那醇酯、1,3,5-苯三硼酸三频那醇酯、1,4-二乙炔基苯、1,3,5-三乙炔基苯和1,4-二乙烯基苯中的一种或多种。

优选的，所述偶联聚合反应为铃木-宫浦反应、山本耦合反应、薗头耦合反应或氧化耦合反应。