[发明专利]基于硅氢加成反应制备有机-无机杂化多孔材料的方法

说明书

本发明涉及一种基于硅氢加成反应制备有机‐无机杂化多孔材料的方法。具体是将含硅氢烷官能团化合物(功能单体)、含乙炔基官能团化合物(功能单体)、催化剂和溶剂等混合均匀、液氮冷却并抽真空密封，然后在一定温度下发生硅氢烷‐炔基加成反应，制备有机‐无机杂化多孔材料。所述的制备方法具有条件温和、易于操作等优点。另外，还可以根据不同的应用要求选择功能单体，或调节致孔剂的种类和比例，制备出一系列具有不同物理和化学性质的杂化多孔材料。

技术领域

本发明涉及一种采用硅氢加成反应制备有机‐无机杂化多孔材料。具体是将含硅氢烷官能团化合物(功能单体)、含乙炔基官能团化合物(功能单体)、催化剂和溶剂等混合均匀、液氮冷却并抽真空密封，然后在一定温度下发生硅氢烷‐炔基加成反应，制备有机‐无机杂化多孔材料。

背景技术

有机‐无机杂化多孔材料具有良好的机械稳定性、热稳定性、较高的比表面积和特殊的表面性质，已被广泛应用于吸附、分离分析、储能和催化剂载体等领域。其中，有机‐硅胶杂化材料是主要的一类有机‐无机杂化材料。其制备方法仍以传统的溶胶‐凝胶化学法为主，通过采用烷基三烷氧基硅烷和四烷氧基硅烷为共同前驱体制备。但烷基三烷氧基硅烷的种类有限，大大限制了对该类杂化材料中有机功能团的调控。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种具有笼形多面体结构的小分子化合物，其顶点处可以被多种有机功能基团取代，例如氨基、环氧、双键、苯基、卤代烷基等。根据这些官能团的特点，通过自由基聚合反应、环氧开环聚合反应、巯基‐烯/炔点击化学反应、Heck反应、Friedel–Crafts反应、Grubbs反应等将POSS单元共价连接形成高交联的有机‐无机杂化材料。其中，Heck反应、Friedel–Crafts反应、Grubbs反应一般用于交联刚性有机官能团取代的POSS试剂，从而使杂化材料具有持久的纳米孔结构和较高的比表面积。但这类反应的条件往往比较苛刻，对孔结构难以调控。本发明发展了一种基于硅氢加成反应制备有机‐无机杂化多孔材料。该方法所制备的整体材料不仅具有较高的比表面积，而且其大孔结构可以根据溶剂的组成进行调控。此外，该方法还具有以下特点：1、制备步骤简便；2、通用性强；3、反应条件温和，易于控制，可制备具有特殊形状和孔结构的有机‐无机杂化材料。

发明内容

本发明的目的是为了简单和有效地制备有机‐无机杂化多孔材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

利用硅氢加成反应，将含硅氢烷官能团化合物(功能单体)、含乙炔基官能团化合物一步交联形成具有三维骨架的有机‐无机杂化材料。这种方法 所制备的有机‐无机多孔材料具有较高的比表面积。

采用硅氢加成反应制备有机‐无机杂化多孔材料：具体是将含硅氢烷官能团化合物(功能单体)、含乙炔基官能团化合物(功能单体)、催化剂和溶剂等混合均匀、液氮冷却并抽真空密封，然后在一定温度下发生硅氢烷‐炔基加成反应。

其具体过程如下：

1)向反应容器中加入100‐300mg含硅氢烷官能团的化合物；

2)向反应容器中加入50‐150mg含乙炔基官能团的化合物；

3)向反应容器中加入0.5‐2mL甲苯、0‐2mL十二醇和0‐200mg聚乙二醇(Mn，8000～12,000)；

4)向反应容器中加入1‐40μL催化剂；

5)将上述混合体系在常温下超声1min以上使其形成均匀的溶液，然后在液氮(‐196℃)中冷却并抽真空条件下，采用丁烷火焰密封反应容器；

6)将步骤5)中所得到的密封后的反应容器放置室温，直至被冷却的固体溶化，然后转移至加热装置中反应1小时以上，直至产生固体材料。

7)用甲苯和乙醇依次冲洗上述固体材料，以去除溶剂及未反应或未结合上的物质，得到有机‐无机杂化材料。