[发明专利]以三苯基锑为骨架的共价有机框架及其制备方法和应用

说明书

以三苯基锑为骨架的共价有机框架及其制备方法和应用，涉及共价有机框架（COFs）材料领域。所述材料通过含有三苯基锑的三醛化合物与芳香二胺单体缩合而成，包括以下步骤：1）三（4‑甲酰基苯基）锑和芳香二胺分别加入到有机溶剂中，超声分散后加入醋酸溶液，得到悬浊液；2）上述所得悬浊液通过液氮冷冻‑抽真空‑脱气处理，密封后加热72小时得到粗产物；3）所得到的粗产物经过N，N‑二甲基甲酰胺（DMF）抽滤洗涤，然后用四氢呋喃（THF）进行索氏提取、真空干燥得到以三苯基锑为骨架的共价有机框架。本发明涉及的共价有机框架材料首次以具有氧化还原活性的三苯基锑结构单元为骨架，以其为活性材料的电极表现出出色的超级电容器性能。

技术领域

本发明涉及共价有机框架(COFs)材料领域，具体涉及一类以三苯基锑为骨架的新型COF材料及其制备方法和超级电容器应用。

背景技术

超级电容器是一种脉冲电流系统，能够在小于1分钟的时间里释放高电流以及非常大的功率，目前最典型的应用就是满足启动和制动所需要的瞬时能量的提供。电极材料比表面积，孔结构，电导率，物理化学稳定性等参数对于其超级电容器性能至关重要。具有较大比表面积，均匀的孔径结构以及良好物理化学稳定性的COFs材料成为了新的候选材料。2020年公开了以三苯基膦为骨架的COF材料(Phos-COF)，并进一步探索了其作为超级电容器电极材料的潜能，结果表明Phos-COF电导率不够高，以其为正极活性材料的超级电容器性能不佳。之后，通过引入导电成分氧化还原石墨烯制备复合材料，可以很好的解决电导率低的问题。但导电成分的引入同时也带来了1)孔结构的堵塞，从而使孔道表面不能得到有效的利用；2)COF材料晶性会得到破坏，从而使原本具有的高效离子传输通道被破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种本征电导率较高且具有氧化还原活性单元，即提供赝电容的COF材料，提出以三苯基锑为骨架构建COFs材料，该材料表现出比Phos-COF更高的电导率和超级电容器性能。

以三苯基锑为骨架的共价有机框架，其结构通式为：

所述的以三苯基锑为骨架的共价有机框架的制备方法，其特征在于该方法是由三(4-甲酰基苯基)锑单体和芳香二胺单体在相应的溶剂体系下，在加热条件下合成，具体步骤如下：

S1：将三(4-甲酰基苯基)锑单体和相应的芳香二胺单体溶解在溶剂中，超声分散，加入醋酸溶液，继续超声分散形成悬浊液；其中，

三(4-甲酰基苯基)锑与芳香二胺单体的摩尔比为2：3；

三(4-甲酰基苯基)锑在混合溶剂中的反应浓度为0.1-0.5mol/L；

醋酸溶液的浓度为3-15mol/L；

所述溶剂为均三甲苯和1，4-二氧六环的混合溶剂，均三甲苯和1，4-二氧六环体积比为1：1-3：1；

S2：将所述悬浊液依次经过液氮冷冻、抽真空、解冻处理，最后抽真空密封并在110-130℃下静置至少72小时，得粗产物；其中，液氮冷冻、抽真空、脱气处理的次数至少为3次；

S3：将所述粗产物用N，N-二甲基甲酰胺抽滤洗涤，然后用四氢呋喃索氏提取后真空干燥，即得到以三苯基锑为骨架的共价有机框架。

所述芳香二胺为对苯二胺、对联苯二胺和对联三苯二胺。

采用本发明的方法可制备出以三苯基锑为骨架的共价有机框架。所得材料结晶性好，稳定性高，实现了三苯基锑结构单元在COFs骨架中的均匀有序分布。本发明通过自下而上的合成策略，在COFs骨架中引入氧化还原活性位点，赋予COFs材料良好的赝电容性能。这些氧化还原活性位点可以快速有效地吸收和释放电荷，为超级电容器电极材料提供有效和快速的充放电特性。

附图说明

图1为Sb-COF-1的合成路线及结构通式。