共價有機骨架材料COFs課件

共價有機骨架聚合物(COFs)的合成及應用

報告人：××時間：××1共價有機骨架聚合物(COFs)的合成及應用1目錄一、COFs材料介紹二、COFs材料合成方法三、COFs材料應用四、小結(jié)和展望2目錄一、COFs材料介紹二、COFs材料合成方法三、一、COFs材料介紹1.1COFs的概念共價有機骨架聚合物（Covalentorganicframeworks）簡稱COFs，是以輕元素C、O、N、B等以共價鍵連接而構建，經(jīng)熱力學控制的可逆聚合形成的有序多孔結(jié)構的晶態(tài)材料。O.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.動力學控制熱力學控制無序多孔材料COFs3一、COFs材料介紹1.1COFs的概念O.M.YagCOF-1和COF-5的構建O.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.4COF-5COF-1和COF-5的構建O.M.Yaghi,et1.2.1

按形成的共價鍵分類W.Wang,etal.,Chem.Soc.Rev.,2013,42,548-568.A.硼氧六環(huán)B.硼酸酯C.三嗪D.亞胺E.腙①反應可逆②構建單元立體構型保持剛性結(jié)構單體、寡聚物相互交換1.2COFs材料的分類“Errorchecking”51.2.1按形成的共價鍵分類W.Wang,etal.1.2.2按空間構型分類：2DCOFs和3DCOFs2DCOFs的構建方法：

D.Jiang,etal.,Chem.Soc.Rev.,2012,41,6010-6022.COFs材料的分類61.2.2按空間構型分類：2DCOFs和3DCOF3DCOFs的構建方法O.M.Yaghi,etal.,Science,2007,316,268-272.3DCOFs的特點：①通過共價鍵連接擴展形成網(wǎng)狀結(jié)構②具有較大的BET值（可達4000m2g-1）③更高的熱穩(wěn)定性（400-500℃）④密度?。ㄗ畹椭?.17cm-3g-1）⑤很多開放位點儲存氣體的良好“容器”73DCOFs的構建方法O.M.Yaghi,etalY.Yan,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,8352-8355.3DCOFs的構建8Y.Yan,etal.,J.Am.Chem.S二、COFs合成方法2.1溶劑熱法溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)混合Pyrextube脫氣密封120℃，3dO.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.特點：對COFs材料具有較好的普適性，但合成時間較長，溫度較高9二、COFs合成方法2.1溶劑熱法溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)/乙酸混合microwavetube微波條件下反應100℃，60minTpPa-COFL.Wang,etal.,Chem.Commun.,2015,51,12178-12181.2.2

微波輔助法合成COFs特點：合成時間短，反應溫度相對更低10溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)/乙酸混合microwavetubZnCl2400℃，40hA.Thomas,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,3450-3453.不同的單體CTF（CovalentTriazine-BasedFrameworks）系列材料2.3離子熱法合成COFs11ZnCl2400℃，40hA.Thomas,etal.2.4

其他合成方法單層COFs的合成W.R.Dichtel,etal.,Science,2011,332,228-231.122.4其他合成方法單層COFs的合成W.R.Dicht2.5COFs的性質(zhì)孔徑范圍寬COFs熱穩(wěn)定性高多孔晶體低密度結(jié)構多樣高比表面規(guī)整結(jié)構,有序孔結(jié)構單元多樣化從微孔到介孔COF-103的BET4210m2/gCOF-108低至0.17cm3g-1共價鍵連接，300-500℃132.5COFs的性質(zhì)孔徑范圍寬COFs熱穩(wěn)定性高多孔三、COFs的應用3.1氣體儲存O.M.Yaghi,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2009,131,8875-8883.MaterialCompositionporesize/?Vp,DR/cm3g-1SBET/m2g-1H2uptake/mgg-1CH4uptake/mgg-1CO2uptake/mgg-1COF-1C3H2BO90.375014.840230COF-5C9H4BO2271.07167035.889870COF-102C25H24B4O8121.55362072.41871200COF-103C24H24B4O8Si121.54353070.51751190zeolites--

----

125025.586370mesoporoussilicas

--

----

450-1070

--14-65--

MOF-5C24H12O13Zn412,15

--380076120(300K)970(40bar)MOF-177C54H30O13Zn411,17

--475075.2

--1490(40bar)14三、COFs的應用3.1氣體儲存O.M.Yaghi,COFs孔道功能化儲存二氧化碳的研究D.Jiang,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,7079-7082.小結(jié)：孔道修飾策略得到了一系列由直接縮合反應難以得到的孔道多樣化的COFs,并且經(jīng)過修飾的COFs表現(xiàn)出了明顯優(yōu)化的CO2吸附能力。

15COFs孔道功能化儲存二氧化碳的研究D.Jiang,et3.2

在催化中的應用A.骨架雜原子配位金屬引入催化位點骨架官能團衍生化引入催化位點B.單體導入官能團作為催化位點設計策略163.2在催化中的應用A.骨架雜原子配位金屬引入催化位點W.Wang,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2011,133,19816-19822.EntryRXTime(h)Yield(%)1I3962I2973Br2.5984Br397骨架雜原子配位金屬引入催化位點17W.Wang,etal.,J.Am.Chem.EntryTFP-DABAloading[mol%]T[oC]FructoseConversion[%]HMFSelectivity[%]Yield[%]1510067976537.5100849781410100>9997975-1005n.d.n.d.D.Zhao,etal.,ChemSusChem.,2015,8,3208-3212.單體導入官能團作為催化位點TFP-DABA18EntryTFP-DABAloading[mol%]T[o四、小結(jié)和展望展望：合成：開發(fā)高效合成方法，縮短反應時間，增加合成量結(jié)構：開發(fā)更多新型的COFs材料，得到集高穩(wěn)定性、高結(jié)晶度以及多孔性于一體的COFs

應用：拓展應用范圍，深化研究領域小結(jié)：COFs材料具有熱穩(wěn)定性高、比表面大等優(yōu)點，在氣體儲存、催化以及電子器件領域很有應用前景；硼基COFs有高的結(jié)晶度和規(guī)整的孔道結(jié)構，但是對水和質(zhì)子性溶劑不穩(wěn)定；基于亞胺、腙、三嗪等的COFs穩(wěn)定有所提升，但是一般具有較差的結(jié)晶度以及有限的孔道。19四、小結(jié)和展望展望：小結(jié)：19Thankyou！20Thankyou！20共價有機骨架聚合物(COFs)的合成及應用

報告人：××時間：××21共價有機骨架聚合物(COFs)的合成及應用1目錄一、COFs材料介紹二、COFs材料合成方法三、COFs材料應用四、小結(jié)和展望22目錄一、COFs材料介紹二、COFs材料合成方法三、一、COFs材料介紹1.1COFs的概念共價有機骨架聚合物（Covalentorganicframeworks）簡稱COFs，是以輕元素C、O、N、B等以共價鍵連接而構建，經(jīng)熱力學控制的可逆聚合形成的有序多孔結(jié)構的晶態(tài)材料。O.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.動力學控制熱力學控制無序多孔材料COFs23一、COFs材料介紹1.1COFs的概念O.M.YagCOF-1和COF-5的構建O.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.24COF-5COF-1和COF-5的構建O.M.Yaghi,et1.2.1

按形成的共價鍵分類W.Wang,etal.,Chem.Soc.Rev.,2013,42,548-568.A.硼氧六環(huán)B.硼酸酯C.三嗪D.亞胺E.腙①反應可逆②構建單元立體構型保持剛性結(jié)構單體、寡聚物相互交換1.2COFs材料的分類“Errorchecking”251.2.1按形成的共價鍵分類W.Wang,etal.1.2.2按空間構型分類：2DCOFs和3DCOFs2DCOFs的構建方法：

D.Jiang,etal.,Chem.Soc.Rev.,2012,41,6010-6022.COFs材料的分類261.2.2按空間構型分類：2DCOFs和3DCOF3DCOFs的構建方法O.M.Yaghi,etal.,Science,2007,316,268-272.3DCOFs的特點：①通過共價鍵連接擴展形成網(wǎng)狀結(jié)構②具有較大的BET值（可達4000m2g-1）③更高的熱穩(wěn)定性（400-500℃）④密度?。ㄗ畹椭?.17cm-3g-1）⑤很多開放位點儲存氣體的良好“容器”273DCOFs的構建方法O.M.Yaghi,etalY.Yan,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,8352-8355.3DCOFs的構建28Y.Yan,etal.,J.Am.Chem.S二、COFs合成方法2.1溶劑熱法溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)混合Pyrextube脫氣密封120℃，3dO.M.Yaghi,etal.,Science,2005,310,1166-1170.特點：對COFs材料具有較好的普適性，但合成時間較長，溫度較高29二、COFs合成方法2.1溶劑熱法溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)/乙酸混合microwavetube微波條件下反應100℃，60minTpPa-COFL.Wang,etal.,Chem.Commun.,2015,51,12178-12181.2.2

微波輔助法合成COFs特點：合成時間短，反應溫度相對更低30溶劑：均三甲苯/二氧六環(huán)/乙酸混合microwavetubZnCl2400℃，40hA.Thomas,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,3450-3453.不同的單體CTF（CovalentTriazine-BasedFrameworks）系列材料2.3離子熱法合成COFs31ZnCl2400℃，40hA.Thomas,etal.2.4

其他合成方法單層COFs的合成W.R.Dichtel,etal.,Science,2011,332,228-231.322.4其他合成方法單層COFs的合成W.R.Dicht2.5COFs的性質(zhì)孔徑范圍寬COFs熱穩(wěn)定性高多孔晶體低密度結(jié)構多樣高比表面規(guī)整結(jié)構,有序孔結(jié)構單元多樣化從微孔到介孔COF-103的BET4210m2/gCOF-108低至0.17cm3g-1共價鍵連接，300-500℃332.5COFs的性質(zhì)孔徑范圍寬COFs熱穩(wěn)定性高多孔三、COFs的應用3.1氣體儲存O.M.Yaghi,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2009,131,8875-8883.MaterialCompositionporesize/?Vp,DR/cm3g-1SBET/m2g-1H2uptake/mgg-1CH4uptake/mgg-1CO2uptake/mgg-1COF-1C3H2BO90.375014.840230COF-5C9H4BO2271.07167035.889870COF-102C25H24B4O8121.55362072.41871200COF-103C24H24B4O8Si121.54353070.51751190zeolites--

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125025.586370mesoporoussilicas

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450-1070

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MOF-5C24H12O13Zn412,15

--380076120(300K)970(40bar)MOF-177C54H30O13Zn411,17

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35COFs孔道功能化儲存二氧化碳的研究D.Jiang,et3.2

在催化中的應用A.骨架雜原子配位金屬引入催化位點骨架官能團衍生化引入催化位點B.單體導入官能團作為催化位點設計策略363.2在催化中