共价有机骨架材料COFs演示文稿

1、共价有机骨架材料COFs演示文稿第一页，共十九页。目 录一、COFs材料介绍二、 COFs材料合成方法三、 COFs材料应用四、小结和展望2第二页，共十九页。一、COFs材料介绍1.1 COFs的概念共价有机骨架聚合物（Covalent organic frameworks）简称COFs，是以轻元素C、O、N、B等以共价键连接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔结构的晶态材料。O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.动力学控制热力学控制无序多孔材料COFs3第三页，共十九页。COF-1和COF-5的构建O. M. Yaghi

2、, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.COF-54第四页，共十九页。 按形成的共价键分类W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.A.硼氧六环B.硼酸酯C.三 嗪D.亚 胺E. 腙反应可逆构建单元立体构型保持刚性结构单体、寡聚物相互交换1.2 COFs材料的分类“Error checking”5第五页，共十九页。1.2.2 按空间构型分类：2D COFs 和3D COFs2D COFs的构建方法： D. Jiang, et al., Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 60

3、10-6022.COFs材料的分类6第六页，共十九页。3D COFs的构建方法O. M. Yaghi, et al., Science, 2007, 316, 268-272.3D COFs的特点：通过共价键连接扩展形成网状结构具有较大的BET值（可达4000m2g-1）更高的热稳定性（400-500）密度小（最低至0.17cm-3g-1）很多开放位点 储存气体的良好“容器”7第七页，共十九页。Y. Yan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355.3D COFs的构建8第八页，共十九页。二、COFs合成方法2.1 溶剂热法溶剂：均三甲苯

4、/二氧六环混合Pyrex tube脱气 密封120，3dO. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.特点：对COFs材料具有较好的普适性，但合成时间较长，温度较高9第九页，共十九页。溶剂：均三甲苯/二氧六环/乙酸混合microwave tube微波条件下反应100，60minTpPa-COFL. Wang, et al., Chem. Commun., 2015, 51, 12178-12181.2.2 微波辅助法合成COFs特点：合成时间短，反应温度相对更低10第十页，共十九页。ZnCl2400，40hA. Thomas, et al

5、., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.不同的单体CTF（ Covalent Triazine-Based Frameworks ）系列材料2.3 离子热法合成COFs11第十一页，共十九页。2.4 其他合成方法单层COFs的合成W. R. Dichtel, et al., Science, 2011, 332, 228-231.12第十二页，共十九页。2.5 COFs的性质孔径范围宽COFs热稳定 性高多孔晶体低密度结构多样高比表面规整结构,有序孔结构单元多样化从微孔到介孔COF-103的BET 4210m2 /gCOF-108低至0.17

6、cm3g-1共价键连接，300-50013第十三页，共十九页。三、 COFs的应用3.1 气体储存O. M. Yaghi, et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8875-8883.MaterialCompositionporesize/Vp,DR/cm3g-1SBET/m2g-1H2 uptake/mg g-1CH4 uptake/mg g-1CO2 uptake/mg g-1COF-1C3H2BO90.375014.840230COF-5C9H4BO2271.07167035.889870COF-102C25H24B4O8121.55362072.41

7、871200COF-103C24H24B4O8Si121.54353070.51751190zeolites-125025.586370mesoporoussilicas-450-1070-14-65-MOF-5C24H12O13Zn412,15-380076120(300K)970(40bar)MOF-177C54H30O13Zn411,17-475075.2-1490(40bar)14第十四页，共十九页。COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082.小结：孔道修饰策略得到了一系列由直接

8、缩合反应难以得到的孔道多样化的COFs,并且经过修饰的COFs表现出了明显优化的CO2吸附能力。15第十五页，共十九页。3.2 在催化中的应用A. 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点B.单体导入官能团作为催化位点设计策略16第十六页，共十九页。W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.Entry RXTime(h)Yield(%)1I3962I2973Br2.5984Br397骨架杂原子配位金属引入催化位点17第十七页，共十九页。EntryTFP-DABA loadingmol%ToCFructoseConversion%HMFSelectivity%Yield%1510067976537.51008497814101009997975-1005n.d.n.d.D. Zhao, et al., ChemSusChem., 2015, 8, 3208-3212.单体导入官能团作为催化位点TFP-DABA18第十八页，共十九页。四、小结和展望展望：合成：开发高效合成方法，缩短反应时间，增加合成量结构：开发更多新型的COFs材料，得到集高稳定性、高结晶度以及多孔性于一体的COFs 应用：拓展应用范围，深化研究