[发明专利]双吡啶基多孔有机笼、笼衍生的共价有机框架及应用

说明书

本发明涉及多孔有机功能材料领域，提供了一种双吡啶基多孔有机笼、笼衍生的共价有机框架及应用，采用了BPDDP作为合成子，环己二胺，联苯胺和5,5'‑二氨基‑2,2'‑联吡啶分别作为连接体合成了BPPOC以USTB‑1和USTB‑2。BPPOC通过亚胺键交换作用，从笼中环己二胺转化为COFs中的联苯胺和5,5'‑二氨基‑2,2'‑联吡啶成功地转化为同结构的USTB‑1c和USTB‑2c。本发明的BPPOC对碘蒸汽气的吸附量打破了多孔有机笼类材料吸附值的最高记录。与直接合成的USTB‑1和USTB‑2相比，通过有机笼转化而来的USTB‑1c和USTB‑2c具有更高的碘蒸汽吸附能力。

技术领域

本发明涉及多孔有机功能材料领域，特别涉及一种双吡啶基多孔有机笼、笼衍生的共价有机框架及应用。

背景技术

由碳和其他轻元素组成的多孔有机笼(POCs)和共价有机骨架(COFs)代表了两种不同的结晶多孔共价键合有机材料，具有明确的结构和独特的性能。POCs由离散的零维分子和固有的空隙组成，而COFs则通过二维(2D)和三维(3D)聚合物网络组成。在优化的反应条件下，使用动态共价化学指导的模块化构建策略能够将预先形成的分子构件组装成预先设计的POCs和COFs。在之前报道的各种POCs和COFs中，亚胺键结构占据了最大的比例，因为亚胺键可以通过多醛和多胺前体很容易的形成，并且亚胺键的具有显着可逆性，这允许在自组装过程中同时进行“校对”和“错误检查”。

除了探索有趣的特性和应用外，POC因其良好的溶解性、高纯度和功能性而逐渐为一种独特的纳米级分子合成子。POCs已被共价或非共价连接到非凡的框架材料中，包括COFs，金属有机框架和氢键有机框架，这些都具有永久的孔隙结构。此外，一些POCs和COFs通过常见的前体(包括胺、醛和硼酸)的自组装合成，通过动态共价化学定向的键断裂和重整实现了这些不同材料之间可能的动态转换。因此，有必要探索新的POCs和COFs，以实现转化并探索用于各种应用的后转换材料的独特性。最后，离散的POCs分子可以看作是COFs的模型，相应的结构-性能关系研究应该有助于进一步理解COFs材料的合成化学和实际应用。

在材料、化学、物理等研究领域，对新清洁能源替代化石燃料的追求引起了极大的兴趣。与氢气、风能、太阳能类似，核能因其能量密度高、成本低、二氧化碳排放量小而被认为是一种潜在的清洁能源。然而，核裂变技术的一个缺点是产生放射性碘(¹²⁹I和¹³¹I)废物，这对实现零排放提出了挑战，因为碘的挥发性导致放射性碘蒸气快速扩散污染空气和水。因此，人们开发了不同的多孔材料来捕获放射性碘。值得注意的是，I₂的捕获对提高材料的导电性和烃类脱氢反应也有重要作用。此外，吸附剂也可用于吸附回收碳氢化合物脱氢后的蒸汽中的碘。沸石是最早发现用于捕获碘的多孔材料。然而，其低碘吸收能力导致研究重点转向具有高亲和力、高容量、高选择性、高耐久性和低成本的新型多孔吸附剂材料。

发明内容

本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种双吡啶基多孔有机笼、笼衍生的共价有机框架及应用，这些材料不仅富含丰富的杂原子，同时具备高的BET比表面积和孔体积，能够解决现有挥发性碘的快速扩散导致的环境问题，表现出更好的碘蒸汽吸附能力。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种双吡啶基多孔有机笼BPPOC的制备方法，包括：

S1、合成产物BPDDP：将5,5'-二溴-2,2'-二联吡啶、5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷-2-基)异苯二甲醛、碳酸钾、四(三苯基膦)钯、四氢呋喃和去离子水的混合物，装在反应瓶中，在惰性气体下以80-95℃搅拌8-24小时；将反应混合物冷却至室温并过滤。滤渣分别用去离子水、四氢呋喃和甲醇洗涤，最后在室温下干燥，得到BPDDP；