离子型共价有机框架的合成、结构调控及催化应用

• 作 者: 王泽坤
• 出 处: 安徽工业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 多孔材料 共价有机框架 离子交换 催化 二氧化碳的吸附和转化

共价有机骨架（COFs）作为一种新型的多孔有机材料,具有合成方法多样、骨架密度低、孔结构可设计、热稳定性和化学稳定性高等优点。由于缺乏合适的离子型有机单体,目前报道的大多数共价有机框架都是电中性的,离子型共价有机框架（iCOFs）很少报道。显然,设计具有离子框架结构的iCOFs将进一步丰富COFs材料的性能并扩展其应用。例如可以通过离子交换,引入具有不同尺寸大小的平衡离子来精确控制iCOFs的孔径。此外,将具有催化活性的特定抗衡离子引入iCOFs的孔道将开发出新型的基于COF的非均相催化剂。因此,iCOFs的合成多样性和易于修饰的优点将极大地促进其在气体吸附与分离、催化等方面的潜在应用。在这项研究中,我们开发了一系列iCOFs,并研究了它们在多相催化、CO₂吸附和转化中的潜在应用。本论文可分为以下两个部分。1.选择2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛和三氨基胍盐酸盐作为有机单体,通过缩聚反应形成iCOF,命名为COF-Cl。COF-Cl与Na₂PdCl₄通过离子交换形成了离子化合物COF-PdCl₄,其中的Pd（II）被NaBH₄进一步还原为Pd（0）纳米颗粒。形成了新型纳米复合材料COF-Pd（0）。通过一系列分析技术对该类材料进行了全面表征,包括红外（IR）光谱,X射线衍射（XRD）,固态¹³C核磁共振（NMR）,透射电子显微镜（TEM）,X射线光电子能谱（XPS）和N₂吸附测试。由于多孔结构和Pd纳米颗粒的存在,将COF-Pd（0）作为多相催化剂用于催化Suzuki偶联反应,结果表明该催化剂具有较高的催化效率和良好的循环稳定性。2.将COF-Cl与NaBF₄通过离子交换形成了一种新型纳米复合材料COF-BF₄,通过上述技术对其进行了系统表征。在相同条件下,COF-BF₄的CO₂吸附量是COF-Cl的两倍,其CO₂吸附能力的提高可以归因于BF₄^-与CO₂分子之间较强的相互作用。此外,COF-BF₄可作为多相催化剂用于催化环氧化物与CO₂的环加成反应,且表现出较高的催化效率和良好的循环稳定性。