[发明专利]一种含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料及其制备方法和应用。以胺、醛和丙酮酸为原料通过多组分反应一步高效合成了多官能化共价有机框架材料，其突出特点是所构建的多官能化共价有机框架材料结构稳定、功能位点分步均匀；该共价有机框架材料作为吸附剂对消除水中高极性有机污染物具有广阔的应用前景。本发明公开的含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料由如下所示结构单元组成，X为CH或N；n为1、2或3。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

共价有机框架(Covalent Organic Framework,COF)由Yaghi于2005年首次设计合成，现已经发展为重要的有机功能材料，在催化、特殊分离、光电导、电化学、能量存储、传感器等领域具有广阔的应用前景。特别是基于孔道结构高度有序及孔径可调性，并结合构筑单体改性和孔壁修饰，可制备性能各异的COF样品前处理材料。

近年来，基于COF材料的合成及后修饰赋予其各种特定的优异性能，通过对COF材料的掺杂或将COF与碳纳米管、石墨烯等复合还可对材料性能进行改善和拓展。迄今，COF功能化的主要方法包括：设计具有特定功能性的有机砌块、COF有序孔壁的后修饰、孔穴客体分子填充、金属离子组装、纳米粒子负载等。其中，COF孔壁后修饰方法操作相对简便，适用性较强，但功能性位点的载入量不高，尤其是功能性位点在材料中分布不均匀，严重影响材料性能。“自下而上”的合成策略可以显著提升功能性位点的载入量，并保障功能性位点在材料中的均匀分布，实现功能性COF材料的可控合成。为获取新COF材料或提升COF材料的功能，化学家相继建立的许多后修饰方法尽管有效，但在某些情况下，依然存在COF框架易于坍塌、结晶度降低等诸多缺陷。

目前，尽管三嗪、吩嗪、苯并噁唑、二噁英、苯并噻唑、喹啉、苯并咪唑等杂环已被引入具有结晶性和超稳定性的COF材料中，然而发明人研究发现，高效构建上述环键的化学方法十分有限，极大限制了这类COF材料的多样性合成及其应用领域。为了有效提升合成效率，建立具有通用性、可行性和多样性的制备方法，亟需发展基于多组分串联反应技术实现具有特定骨架和特殊官能团COF材料的高效、快速、简便合成，以拓展新型COF材料的发展。

发明内容

本发明旨在针对上述技术分析中存在的不足，提供了一种含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料及其多组分反应制备方法和应用。本发明的突出特点是：(1)所设计构建的共价有机框架材料化学结构稳定、功能位点多而且分布均匀；(2)利用多组分反应一步高效合成含有喹啉杂环和羧酸边臂的新型共价有机框架材料；(3)本发明的多官能团共价有机框架材料作为吸附剂对水中高极性有机污染物如罗丹明B、亚甲基蓝、庆大霉素、2,4-二氯苯氧乙酸等可以高效消除；(4)本发明所提供的方法对合成新型多官能团共价有机框架功能材料具有广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料，包括如下所示基本单元结构：

在基本单元结构中，X＝CH或N；n＝1、2或3。

本发明的第二个方面，提供一种上述含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料的制备方法，包括醛、胺、丙酮酸发生三组分反应一步得到所述含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料的步骤，醛、胺、丙酮酸的结构式如下所示：

其中，胺的结构中，X＝CH或N；醛的结构中，n＝1、2或3。

本发明的第三个方面，提供一种上述含喹啉羧酸基团的共价有机框架材料消除水中高极性有机污染物的应用。