[发明专利]一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料及其制备方法和应用。所述柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料具有如式(Ⅰ)所示的结构。本发明以环己基为骨架的二甲酰肼单体，然后在惰性气氛下与2,4,6‑(4‑醛基苯基)‑1,3,5‑三嗪在有机溶剂中经醋酸催化反应，得到一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料。所述柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料具有结晶度好、稳定性高的优点，同时，该材料可用于气态碘吸附，对于气态碘的吸附量大，且具有良好的重复循环使用性能。此外，本发明提供的制备方法简单、方便、周期短，为设计合成方法简单的柔性骨架COF材料提供了新的思路。

技术领域

本发明属于共价有机框架功能材料的技术领域，更具体地，涉及一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着当今世界人口的增长和经济的发展，能源的供应无法得到满足，核能作为一种可持续和清洁能源随之发展起来。但是，核工业中产生的放射性废弃物的泄露会危害生物体的健康和可持续发展，因此，如何及时有效处理这些有害污染成为亟待解决的一个重要问题。其中，放射性碘¹²⁹I作为一类典型的污染物极易通过生态系统造成大气和环境污染，由于碘的放射性半衰期长及其对人类健康和环境的不利影响，高效捕捉和去除放射性碘的新型多孔材料的研究引起了广泛的关注。目前已经设计了各种多孔材料，如多种MOFs和多孔有机聚合物，被用于广泛制备和检测去除碘。

共价有机框架(COF)是一种新型的多孔材料，具有孔隙结构高度有序、结构多样性、易于功能化、高导电性、优越的化学稳定性和机械加工性能等优点，成为当前材料设计和功能探索研究的新平台，在气体存储和分离、光电子、能量存储、传感和催化等领域具有潜在的应用前景。作为一类完全可预设计的聚合物，COFs能够通过拓扑图定向聚合物生长，结合单体之间的几何匹配来实现。现有技术中利用刚性骨架单体基合成COFs的方法和策略已经比较成熟。相比之下，柔性骨架COFs的设计、准备和结构揭示仍然是一个巨大的挑战。

中国专利CN114163594A《一种含氨基官能团的腙类多孔共价有机框架材料的制备及气态碘吸附应用》公开了一种刚性骨架单体基合成的有机框架材料，含有丰富的氨基功能位点、结晶度好、比表面积大、稳定性高，可用于气态碘吸附。但是此种有机框架材料是基于刚性骨架的有机框架材料，其吸附碘单质的吸附速率较慢，吸附量较低。

发明内容

针对上述现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料，该材料以柔性单体为骨架，具有结晶度好、稳定性高的优点，同时，该材料可用于气态碘吸附，对于气态碘的吸附量大，意外地，具有良好的重复循环使用性能。

本发明的另一目的是提供一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料(也称柔性腙类共价有机框架材料，简称PTN-Tz COF)，所述柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料具有如式(Ⅰ)所示的结构：

发明人团队意外地发现，相对于以刚性骨架为基础的多孔腙类共价有机框架材料而言，本发明所述柔性骨架为基础的多孔腙类共价有机框架材料同样具有表现出高的稳定性，其在氮气氛围中，可在338℃的温度条件下不分解；意外地，还具有更高的气态碘吸附量，饱和吸附值可达到2.77g·g^-1；且本发明制备的多孔腙类共价有机框架材料可进行重复循环使用，经5次循环使用后对于气态碘的吸附量仍可达到饱和吸附值的80％以上，具有良好的重复使用循环性能，可作为碘吸附的循环使用材料。

本发明所述柔性骨架的多孔腙类共价有机框架材料在X射线衍射谱图2θ角5°及以下出现特征衍射峰，显示出该有机框架材料具有良好的结晶度。