[发明专利]三维多孔超分子有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种三维多孔超分子有机骨架材料及其制备方法和应用，该骨架材料由含有吸电子基团的有机化合物通过分子间作用力自组装形成，其骨架结构在至少一个方向的投影呈现多个孔洞；所述含有吸电子基团的有机化合物选自如下化合物中的至少一种：二芳基砜类化合物、二芳基酮类化合物、四芳基乙烯类化合物、三芳基乙烯类化合物、二芳基乙烯类化合物、三芳基胺类化合物、或上述任一类化合物的衍生物；所述分子间作用力包括氢键。本发明提供的三维多孔超分子有机骨架材料可应用于吸附、分离、气体储存、分析检测、固相催化、商标防伪、生物成像或压致变色智能材料领域。

技术领域

本发明属于多孔超分子有机骨架材料领域，特别涉及一种分子间氢键构建的三维多孔超分子有机骨架材料及其制备和应用。

背景技术

有机骨架材料有着高的比表面积和独特的孔结构，在吸附分离、分析检测、固相催化等领域应用广泛，吸引着越来越多研究人员的关注。有机骨架材料包括金属有机骨架材料(MOF)、(H.L.Jiang,Q.Xu,Chem.Commun.2011,47,33513370)共价有机骨架材料(COF)(F.Xu,Z.Tang,S.Huang,L.Chen,Y.Liang,W.Mai,R.Fu,D.Wu,Nat.Comm.2015,6,7221)以及超分子有机骨架材料(SOF)(S.Nakagawa,N.Tohnai,M.Miyata,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,3008-3012)。其中MOF和COF构建单元之间的作用力较强，因此骨架结构非常稳定。超分子有机骨架材料是指通过静电作用力、分子间氢键、范德华力等超分子作用组装起来的具有一定有序孔洞结构的材料。

超分子化学是化学与材料科学、纳米科学、信息科学、生物学、物理学等多门学科交叉构成的边缘科学，亦称主-客体化学。从某种意义上讲，超分子化学淡化了各门学科之间的界限，着重研究分子间非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键、疏水键相互作用及它们之间的协同作用而构建的分子聚集体的组装、结构与功能，从而为分子器件、材料科学和生命科学等的发展开辟了一条崭新的道路。在各种非共价作用中，氢键有着高度的取向性和丰富的成键形式，而且氢键对于生命活动也有重要的意义，因此通过氢键构建的超分子有机骨架材料得到了人们广泛的关注和高度的重视(H.Wang,B.Li,H.Wu,T.Hu,Z.Yao,W.Zhou,S.Xiang,B.Chen,J.Am.Chem.Soc.2015,137,9963-9970)。由于其质量较轻、比表面积较大，以氢键构建的超分子有机骨架材料有望应用于气体吸附、分离和储存等领域。此外，由于其分子间作用较弱，分子间的堆砌及整体骨架的稳定性更容易在外力作用下发生改变，从而也适合作为压致变色等智能材料。

发明内容

本发明提供一种三维多孔超分子有机骨架材料，同时还提供该骨架材料的制备方法和应用。

本发明第一方面提供一种三维多孔超分子有机骨架材料，由含有吸电子基团的有机化合物通过分子间作用力自组装形成，其骨架结构在至少一个方向的投影呈现多个孔洞；所述含有吸电子基团的有机化合物选自如下化合物中的至少一种：二芳基砜类化合物、二芳基酮类化合物、四芳基乙烯类化合物、三芳基乙烯类化合物、二芳基乙烯类化合物、三芳基胺类化合物、或上述任一类化合物的衍生物；所述分子间作用力包括氢键。用于组装骨架结构的有机化合物可以相同的、也可以不同的。

进一步的，所述多个孔洞之间呈规则排列，例如，多个孔洞在横向和纵向呈现规则分布。

所述分子间作用力还可以包括静电相互作用、范德华力中的至少一种。

优选的，所述含有吸电子基团的有机化合物，选自具有如下结构式的化合物中的至少一种：

其中，Ar₁～Ar₄分别独立的选自卤素、烷氧基、硝基、氨基、醛基、氰基、羧基、羟基、芳香环取代基、或芳香杂环取代基，Ar₁～Ar₄可以相同，也可以不同。