[发明专利]纤维-三苯胺COF-二氧化硅气凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了纤维‑三苯胺COF‑二氧化硅气凝胶及其制备方法、应用。通过将三苯胺基团引入COFs结构当中，解决三苯胺单体制备薄膜方法复杂、可加工性差的缺点，采用不同的构筑单元进行席夫碱反应设计出颜色可调的电致变色COFs。以纤维增强型气凝胶作为载体材料，可实现COFs的成型，再结合气凝胶的隔热特性，制备具有优良机械加工性及优良隔热性能的新型三苯胺‑COF‑电致变色气凝胶三元复合材料；纳米纤维的引入可以提高复合材料的机械性能、光学性能和热稳定性。COF材料可发挥交联作用，且其本身具有多孔结构可以吸附污染物，故在保温的基础上可以吸附一定的有毒气体。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维-三苯胺COF-二氧化硅气凝胶及其制备方法、应用。

背景技术

随着全球经济的高速发展，大量不可再生能源被开采并消耗，资源的消耗和环境污染这两大问题越来越严重，每年在建筑行业所消耗的能源就占了总能源消耗的三分之一，这些能源消耗主要应用于建筑物的控温以及遮光，因此增强门窗的隔热保温性能，对地球资源的保护有至关重要的意义。

电致变色是指由于外加电场的极性和强度变化而引起材料可逆的氧化或还原反应，从而导致其颜色改变的现象。电致变色智能玻璃不但可以调节可见光的透过率，而且对红外光也有阻隔效果，从而达到对室内温度的调节。三苯胺(TPA)分子因具有独特的化学结构，所以它拥有优异的热稳定性，光导性和空穴传输性，是一种优良的电致变色材料，但是其溶解性较差因此加工成薄膜的工艺和流程比较复杂，需要通过一些便利的方法将三苯胺接枝到化合物中，良好的循环稳定性是电致变色材料实际应用的关键。

共价有机框架(COFs)是一类由有机结构单元通过缩合反应而合成的新型结晶多孔聚合物。因COFs材料拥有高比表面积、可调节的孔隙率、精确的周期性以及表面易修饰等特性受到广大研究团队的青睐，目前广泛应用于气体存储与分离、催化和光电器件方面。作为一种多孔有机骨架材料，可以通过改变构筑单元来调节共轭有机骨架的分子结构，通道尺寸，及材料的功能化。因此，可以通过引入各种氧化还原单元选择共价有机框架作为设计新型电致变色材料的新平台。但是由于COFs作为大分子物质，通常以粉末的形式存在，不利于形成均匀的薄膜，这限制了其应用。

氧化硅气凝胶是一种由纳米量级粒子聚集并以空气为分散介质的新型非晶固态材料，气凝胶经特殊生产工艺去除原有骨架中的溶剂，从而具有高的气孔率、半透明、低密度、低折射率、超低导热系数、A级不燃和吸湿率低等优点，在航空航天、工业及建筑领域的节能减碳等方面具有广泛的潜力。将气凝胶材料应用于门窗的保温隔热已经成新的发展趋势。通过干燥可将COFs湿凝胶制备成COFs气凝胶，实现COFs材料的成型。但是由于气凝胶具有脆性，往往加入纳米纤维，对其进行改性。

纳米纤维是通过机械法、化学辅助机械法或生物辅助机械法制得的尺寸在纳米级别的纤维。因其具有非常大的长径比，优良的机械性能、光学性能和热稳定性，因此可为柔性屏幕、太阳能电池、导电纸及柔性电路提供一种新型的纳米材料基体。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型三苯胺-COF-纳米纤维二氧化硅气凝胶及其制备方法，将三苯胺基团引入COFs结构当中，解决三苯胺单体制备薄膜方法复杂，可加工性差的缺点，采用不同的构筑单元进行席夫碱反应设计出颜色可调的电致变色COFs。以纤维增强型气凝胶作为载体材料，可实现COFs的成型，再结合气凝胶的隔热特性，制备具有优良机械加工性及优良隔热性能的新型三苯胺-COF-电致变色气凝胶三元复合材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：纤维-三苯胺COF-二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择合适的构筑单元，制备三苯胺-COFs，具体过程为：将三苯胺的引入试剂与COFs构筑单元充分混合，向其中加入溶剂和催化剂，超声混合均匀后真空密封，放入恒温箱数天，取出后将固体经溶剂及水溶液反复洗涤，用四氢呋喃溶液洗涤若干次后，放入一定温度下真空烘干一定时间得到三苯胺-COFs；