納米孔洞有機(jī)骨架材料的微波制備及其性質(zhì)研究.pdf

1、共價(jià)鍵有機(jī)骨架(CovalentOrganicFrameworks，COFs)是一類(lèi)由有機(jī)分子為結(jié)構(gòu)單元通過(guò)一定的有機(jī)官能團(tuán)反應(yīng)橋聯(lián)而形成的新型多孔材料。不同于近年來(lái)迅速發(fā)展的金屬-有機(jī)骨架(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)材料，COFs完全是由H、B、C、O等輕元素通過(guò)共價(jià)鍵組成，所以密度較小。同時(shí)，COFs顯示了顯著的高比表面積和熱穩(wěn)定性(高達(dá)500℃)，而MOFs材料因?yàn)槭怯膳湮绘I連接，所以在移除客體分子

2、或者高溫下，骨架很難保持原有的多孔結(jié)構(gòu)。這就使得COFs材料具有更加廣泛的潛在應(yīng)用如在氣體存儲(chǔ)和催化方面。
　　 雖然有一些制備方法如溶劑熱和高溫離子熱方法獲得了COFs的晶體材料，但是這些方法往往需要高溫，高壓條件以及較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。在本論文的研究中，我們使用了一種高效、節(jié)能和快速的微波合成方法獲得了COFs材料。主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：
　　 1.采用一種微波增強(qiáng)的高溫離子熱方法，快速制備了三嗪基共價(jià)鍵有機(jī)骨架材料(C

3、ovalentTriazine-basedFrameworks，CTFs)，并研究了在低壓下，樣品的氫氣吸附性能。結(jié)果表明該方法是一種簡(jiǎn)單、節(jié)能、省時(shí)的合成路線獲得這種CTFs材料。高比表面積的CTF非晶樣品(2390m2g-1)可以通過(guò)高溫微波離子熱的方法在數(shù)十分鐘內(nèi)獲得，同時(shí)該樣品具有高的氫氣吸附量(在1bar和77K條件下，達(dá)到1.78wt％)。而在傳統(tǒng)的加熱條件下，該聚合反應(yīng)需要在高溫(400-700℃)和很長(zhǎng)時(shí)間(20－116

4、h)下才能完成。
　　 2.通過(guò)一種高溫微波離子熱的方法，制備了一類(lèi)新穎的磁性多孔材料CTF/Fe2O3復(fù)合物。我們選擇氯化鋅為反應(yīng)介質(zhì)和路易斯酸催化劑，以及六水合氯化鐵作為氧化鐵的前驅(qū)體，反應(yīng)60min獲得了一系列不同γ-Fe2O3含量的CTF/Fe2O3復(fù)合物。所獲得的樣品通過(guò)X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)和氮?dú)馕摳降葴鼐€等手段表征。合成的CTF/Fe2O3復(fù)合物依據(jù)不同的氧化

5、鐵含量(6.43-12.43wt％)顯示了較高的比表面積(930-1149m2g-1)，以及在300K條件下飽和磁化率從1.1到5.9emug-1。這類(lèi)磁性的多孔吸附劑材料用于水體中有機(jī)染料的去除和磁性分離，本實(shí)驗(yàn)使用甲基橙作為模型分子，獲得了高吸附容量(291mgg-1，對(duì)應(yīng)于0.889mmolg-1)和快速的吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)(kads=4.31m2mg-1min-1)。
　　 3.采用微波輔助合成了一類(lèi)新型多微孔的三聚氰胺基有

6、機(jī)骨架(Schiffbasenetworks，SNWs)材料。這種SNWs材料在傳統(tǒng)加熱回流條件下需要反應(yīng)3天，而本實(shí)驗(yàn)采用微波輔助合成的方法僅需要6小時(shí)就獲得了高產(chǎn)量的SNW－1，產(chǎn)物為具有強(qiáng)烈熒光的納米顆粒。結(jié)果表明，微波輔助合成法是一種簡(jiǎn)單高效的獲得納米尺寸的COFs或者其它多孔聚合物材料的方法。同時(shí)，我們制備的SNW-1納米顆粒對(duì)硝基類(lèi)爆炸物包括2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、2，4，6-三硝基苯甲硝銨(Tetryl)和2，4