[发明专利]具有微孔和kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种具有微孔和kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料及其制备与应用；所述二维共价有机框架材料的制备方法为：将溶于溶剂中的C₆对称醛类前驱体和C₃对称胺类前驱体充分混合均匀，加入催化剂，在真空状态下加热反应，得到高结晶态、高孔隙率的功能化二维共价有机框架材料；本发明解决了目前尚未报道的二维kdg拓扑网络结构共价有机框架材料的制备问题，所制备的二维共价有机框架材料被证明具有微孔结构，此外该微孔材料在气体吸附与分离和药物传递等领域具有潜在应用前景。

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，具体涉及一种新型具有微孔和kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是一类由碳、氮、氧、硼等轻元素通过强共价键连接而成的结晶性多孔材料，它具有高度有序的孔道结构和高比表面积，在气体吸附及储存、能源存储及转换、非均相催化等领域有着广阔的应用前景。

COFs材料的拓扑网络结构是由特定对称性前驱体的对称组合决定的，理论上二维COFs材料仅有hcb、sql、kgm、hxl和kgd五种可能的拓扑网络结构。在这些拓扑网络结构中，基于C₆对称前驱体和C₃对称前驱体组装的kgd拓扑网络结构具有两种顶点，这两种顶点将每个六边形孔分割成三个菱形孔，因此kgd拓扑网络结构的2D COFs材料往往具有微孔结构。截止目前，二维hcb、sql、kgm和hxl拓扑网络结构的COFs材料都已有文献报道，而基于[C₆+C₃]连接kgd拓扑网络结构的2D COFs材料却少有报道。

本发明通过拓扑设计的方式，采用C₆对称与C₃对称构建模块组合成功合成了系列具有微孔和kgd拓扑网络结构的2D COFs材料。该微孔材料在药物传递、气体吸附与分离等领域具有潜在应用前景。

发明内容

针对目前尚未报道的二维kgd拓扑网络结构的共价有机框架材料的合成问题，本发明提供了一种具有新型kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种二维共价有机框架材料，该材料是由C₆对称醛类前驱体和C₃对称胺类前驱体通过酸催化缩合反应制备得到；每个C₆对称醛类前驱体分别与相邻的六个C₃对称胺类前驱体连接，每个C₃对称胺类前驱体分别与相邻的三个C₆对称醛类前驱体连接，连接基团为动态共价键(优选-C＝N-)，构成具有微孔和kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料；

所述C₆对称醛类前驱体为六(4-甲酰基苯基)苯(HFPB)，结构如下：

所述C₃对称胺类前驱体选自如下所示的一种或几种：

其中，X＝碳、氮、硼、磷、苯或三嗪，R＝羟基、C₁～C₄烷基或烷氧基。

本发明所述具有微孔和kgd拓扑网络结构的二维共价有机框架材料的制备方法为：

将1～50质量份C₆对称醛类前驱体、1～50质量份C₃对称胺类前驱体超声混合分散于1～5体积份有机溶剂中，加入0.01～2体积份酸催化剂，然后将反应体系置于77K液氮中冷却，冻融脱气三次，密封后于80～150℃下反应1～9天，之后经后处理，得到所述二维共价有机框架材料；

其中，质量份以mg计，体积份以mL计；