[发明专利]一种二维共价有机框架及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种二维共价有机框架及其制备方法和用途，所述方法包括以下步骤：A、将SJTU‑COF‑Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。该方法无污染，对设备的要求简单，反应条件温和，适合工业化大规模生产，对环境也能起到很大的保护作用。所得二维共价有机框架为SJTU‑COF‑AcO和/或SJTU‑COF‑CF₃SO₃，该材料框架密度低，孔隙率高，稳定性高，在非均相催化，气体储存，气体分离和储能方面，尤其是二氧化碳回收中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域的制备方法，涉及一种共价有机框架材料的合成方法，具体涉及一种新的二维共价有机框架及其制备方法和用途。

背景技术

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks；COFs)是一类具有永久孔隙和周期结构的高度可设计的结晶多孔有机聚合物。COF是由共价键键合的轻质元素构成的。在二维(2D)COF中，有机结构单元通过共价键连接形成具有多边形拓扑结构的延伸2D石墨烯状有机片。2D有机片堆叠构成具有有序一维(1D)开放通道的分层框架结构。经过现有技术的文献检索发现，2012年Donglin JIANG等在《Chemical Society Reviews》41卷第6010-6022页发表Covalent Organic Framework(共价有机框架)。COFs通道的形状和大小是可以设计的。由于框架密度低，孔隙率高，稳定性高，COFs在非均相催化，气体储存，气体分离和储能方面具有潜在的应用价值。

由于温室气体的快速排放，采用传统的方法吸附CO₂等温室气体，一则效率较低、二则成本较高。因此，在最新的科学研究中，利用多孔材料吸附CO₂是最有希望的二氧化碳回收方法。它们的特点是具有较大的比表面积优势和优异的物理化学稳定性，目前已经开发了大量的多孔材料用于CO₂吸附，如沸石，金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COF)。特别是COF材料，将传统的COF通过开环反应和点击反应转化可以成为出色的二氧化碳吸附平台。但目前共价有机框架材料的CO2吸附性能还不能满足需要。因为，需要设计制备具有高比表面积、含特定基团的共价有机框架材料，提高CO2吸附性能。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种新的二维共价有机框架及其制备方法和用途。具体来说，就是在SJTU-COF-Br的基础上通过阴离子交换(分散在盐饱和溶液中，微波辅助法合成)来调整COF，此方法前景较好，制备非常简便，很大程度上提高了CO₂的吸附能力，而关于产物，就是SJTU-COF-AcO和SJTU-COF-CF₃SO₃，即阳离子框架与乙酸根、三氟甲磺酸根离子结合。值得注意的是，SJTU-COF-AcO的CO₂吸附能力在这些SJTU-COF中最高，比SJTU-COF-Br提高了1.7倍。据了解，根据数据，SJTU-COF-AcO的吸附能力与顶级的COF材料相当。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种二维共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：

A、将SJTU-COF-Br分散在盐饱和溶液中，微波加热后过滤沉淀物a并洗涤；

B、然后将步骤A获得的沉淀物a重复步骤A的方法，获得的沉淀物b真空干燥，即得二维共价有机框架。

优选地，步骤A中，所述的盐为乙酸钾或三氟甲烷磺酸钾。相对于其它的盐，这两种盐拥有较大的溶解度和较低廉的价格，适合廉价的工业化生产。

本发明采用特定选择SJTU-COF-Br为原料，未选择SJTU-COF-Cl和SJTU-COF-I等，是因为SJTU-COF-Br可由商业化的原料一步简单快速合成得到。