[发明专利]苯并噻唑类共价有机框架材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了苯并噻唑类共价有机框架材料、其制备方法及应用，属于材料制备技术领域。本发明所述的苯并噻唑类共价有机框架材料，是由6,6’‑联苯并噻唑‑2,2’‑二胺和2,4,6‑三羟基苯‑1,3,5‑三甲醛作为反应底物制备而成。苯并噻唑类共价有机框架材料具有高比表面积，对COsubgt;2/subgt;有较好的选择性吸收效果，因此能够在COsubgt;2/subgt;吸附领域中具有较好的应用；同时，苯并噻唑类共价有机框架材料能够对电容器中的离子进行吸附存储，因此还能够在超级电容器的制备等领域具有较好的应用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及苯并噻唑类共价有机框架材料、其制备方法及应用。

背景技术

随着人类社会的进步和科学技术的发展，温室效应问题愈演愈烈，逐渐成为科学研究的热点问题。CO₂是造成温室效应的主要原因，同时也是一种珍贵的碳资源，因此，出于环境保护和资源利用的考虑，对CO₂的捕集具有重要的意义。有效的CO₂吸附材料，需要具备合适的孔结构和高比表面积，同时还需要具备适当的表面化学结构。与此相似的是，作为一种高效的能源存储器件，超级电容器对于其电极材料也有相似的性能需求，同样需要有大的离子存储空间和运输通道，以及适当的表面性质以保证对电解液的良好浸润。

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks，COFs)，是一种具有结晶性的规则多孔材料，由小分子单体通过特定的有机反应连接而成。丰富的连续孔道结构使其具有高比表面、低密度的特点，多样化的前驱体和反应类型，使其具有可灵活调控的化学结构，因此COFs在气体吸附和超级电容器等领域有很好的应用潜力。

苯并噻唑及其衍生物具有良好的稳定性以及独特的化学和生物性质，目前在荧光探针、药物化学等方面存在有广泛的研究。苯并噻唑作为一种多杂环的结构，如果能将其与COFs材料相结合，噻唑环上的S和N等杂原子可起到调控电子结构，从而改善材料的表面化学状态的作用。因此，针对气体选择性吸附和电容器中的离子吸附存储，进行合理的新型COFs材料的设计合成，存在很大的研究空间。

发明内容

本发明提供一种苯并噻唑类共价有机框架材料(COF-SZ材料)，是一种新型共价有机框架材料，其能够在二氧化碳吸附和超级电容器上展现出优异的性能，具体地，所述苯并噻唑类共价有机框架材料是具有如下式Ⅰ所示结构单元的二维多孔聚合物：

上述COF-SZ材料具有高比表面积，对CO₂有较好的选择性吸收效果，因此能够在CO₂吸附领域中展现出较好的潜能；同时，其能够对电容器中的离子进行吸附存储，因此还能够在超级电容器的制备等领域具有较好的应用前景。除此之外，还可以对COF-SZ材料进行修饰以衍生得到其他COF材料或以其作为模板合成其他多孔材料等，应用几乎可涵盖各个领域。优选地，可将COF-SZ材料进行碳化，用于CO₂吸附和/或超级电容器的制备。

本发明提供了一种上述COF-SZ材料的制备方法，步骤如下：

将6,6’-联苯并噻唑-2,2’-二胺(CAS号：53357-04-3)和2,4,6-三羟基苯-1,3,5-三甲醛(CAS号：34374-88-4)置于混合溶剂中，加入醋酸作为催化剂，超声混合，然后脱除反应体系中的氧气，抽真空，密封反应体系，在90～150℃下进行反应，结束反应后，对反应体系进行降温，离心获得反应沉淀，对沉淀进行清洗、干燥，获得COF-SZ材料。

上述COF-SZ材料的制备方法中，6,6’-联苯并噻唑-2,2’-二胺和2,4,6-三羟基苯-1,3,5-三甲醛的摩尔比为3:2。

上述COF-SZ材料的制备方法中，醋酸的浓度为1～9mol/L，优选为3～6mol/L。