共价有机骨架和共轭微孔聚合物的合成及性能研究

发布时间：2017-09-30 14:08

  本文关键词：共价有机骨架和共轭微孔聚合物的合成及性能研究

  更多相关文章： 共价有机骨架 共轭微孔聚合物 气体吸附 荧光探针 铜离子识别 氟离子识别和移除

【摘要】：近些年来,有机多孔聚合物材料作为多孔材料家族中的一员,已经广泛地引起科学家和企业家的密切关注。有机多孔聚合物材料已经在气体吸附和分离、非均相催化、化学传感和光电材料等领域迅猛发展。超交联聚合物(HCPs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、多孔芳香骨架(PAFs)和结晶性共价有机骨架(COFs)等多孔有机聚合物材料相继被合成出来并应用于许多领域。共轭微孔聚合物材料(CMPs)具有高比表面积、可调控的孔结构、超强的热稳定性和化学稳定性;共价有机骨架材料(COFs)兼备有序的孔结构和良好的结晶性。本论文设计及合成了三种新型的共价有机骨架材料和一种新型的共轭微孔聚合物材料,并且对它们的结构进行了表征,对其性质进行了系统研究。本论文第三章中详细阐述了一种新颖的亚胺基共价有机骨架(ACOF-1)的合成及其气体吸附性质研究。ACOF-1是在溶剂热的条件下,由1,3,5-三甲酰基苯和水合肼通过缩合反应制备。ACOF-1具有较高的比表面积和相对较小的孔径。在273 K和1 bar的条件下,该材料具有较高的二氧化碳吸附能力,吸附量高达177 mg g-1,同时甲烷吸附量为11.5 mg g-1。本论文第四章中详细阐述了一种新颖的亚胺基共价有机骨架(COF-JLU2)的设计及合成。COF-JLU2是在溶剂热的条件下,由1,3,5-三羟基-2,4,6-三甲酰基苯和水合肼通过缩合反应制备。COF-JLU2比表面积高达410 m2 g-1,孔体积为0.56cm3 g-1。在273 K和1 bar的条件下,COF-JLU2具有非常好的二氧化碳和甲烷吸附能力,吸附量分别为217 mg g-1和38 mg g-1,同时二氧化碳和氮气的选择性比达到77。此外,在77 K和1 bar的条件下,COF-JLU2具有超高的氢气吸附能力,其吸附量高达16 mg g-1,优于之前报道的大部分共价有机骨架材料。本论文第五章中详细阐述了一种新颖的共价有机骨架(COF-JLU3)的设计及合成。COF-JLU3是在溶剂热的条件下,由1,3,5-三(3-叔丁基-4-羟基-5-甲酰基苯基)苯和水合肼通过缩合反应制备。COF-JLU3具有氢键结构,同时兼有高比表面积,良好的化学稳定性和热稳定性;该材料固态量子效率高达9.91%。由于COF-JLU3表面上就有丰富的杂原子位点,可以通过酸碱相互作用识别金属离子。COF-JLU3分散于四氢呋喃中,可以作为荧光探针选择性识别二价铜离子,其检测限达到0.31μM。这是第一个共价有机骨架用于检测的痕量的铜离子的荧光探针。本论文第六章中详细阐述了一种新型三苯基硼类微孔聚合物BCMP-3的合成及其性质研究。首先,利用Suzuki-Miyaura偶联反应制备BCMP-3;随后,利用红外、固体核磁、SEM和TEM等测试对BCMP-3的结构进行的表征。氮气吸附测试表明了BCMP-3具有高的比表面积为950 m2g-1、适中的孔体积为0.768cm3g-1和超高的固态量子效率为18%。鉴于BCMP-3材料中硼的缺电子特征和超高的量子效率,我们对该材料进行了阴离子传感的研究。BCMP-3分子中的硼可以与溶液中的氟离子发生配位作用,这种作用会大大影响分子中硼/氮原子的电荷转移过程,从而使该分子的荧光发生猝灭,实现了阴离子的识别。我们也研究了BCMP-3对氟离子的吸附性能,在298 K条件下,BCMP-3的吸附量24 mg g-1,氟离子的平衡浓度为16 mg L-1。我们对这一过程的进行了数据拟合,发现该过程符合伪二级动力学方程和Langmuir方程。BCMP-3对氟离子吸附的过程进行多次回收利用实验,吸附效果没有明显下降。
【关键词】：共价有机骨架 共轭微孔聚合物 气体吸附 荧光探针 铜离子识别 氟离子识别和移除
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-48
• 1.1 有机多孔材料的发展12-22
• 1.1.1 超交联聚合物HCPs12-14
• 1.1.2 固有微孔聚合物PIMs14-15
• 1.1.3 共价有机骨架COFs15-19
• 1.1.4 共轭微孔聚合物CMPs19-20
• 1.1.5 多孔芳香骨架PAFs20-21
• 1.1.6 共轭三嗪骨架CTFs21-22
• 1.2 共价有机骨架的合成22-27
• 1.2.1 共价有机骨架的反应基团多样性22-23
• 1.2.2 共价有机骨架的几何设计策略23
• 1.2.3 共价有机骨架的连接方式23-24
• 1.2.4 共价有机骨架的制备方法24-25
• 1.2.5 共价有机骨架的稳定性25-27
• 1.3 共价有机骨架的应用27-34
• 1.3.1 共价有机骨架在气体吸附和分离方面的应用27-29
• 1.3.2 共价有机骨架在非均相催化方面的应用29-30
• 1.3.3 共价有机骨架在化学传感方面的应用30-32
• 1.3.4 共价有机骨架在光电方面的应用32-33
• 1.3.5 共价有机骨架在其他方面的应用33-34
• 1.4 以联氨为原料制备的共价有机骨架的合成及其应用34-35
• 1.5 共轭微孔聚合物的合成35-36
• 1.5.1 共轭微孔聚合物反应基团的多样性35-36
• 1.5.2 共轭微孔聚合物合成反应与方法36
• 1.6 共轭微孔聚合物的应用36-41
• 1.6.1 共轭微孔聚合物在气体吸附和分离方面的应用36-38
• 1.6.2 共轭微孔聚合物在非均相催化方面的应用38-39
• 1.6.3 共轭微孔聚合物在化学传感方面的应用39-40
• 1.6.4 共轭微孔聚合物在其他方面的应用40-41
• 1.7 新型的三苯基硼类微孔聚合物的合成及应用41-42
• 1.8 本课题选题目的、意义和主要结果42-43
• 1.9 本章参考文献43-48
• 第二章 实验准备48-52
• 2.1 试剂的纯化48
• 2.2 常规试剂纯度及厂家48-49
• 2.3 分析与测试49-52
• 第三章 新型亚胺基共价有机骨架材料ACOF-1 的设计合成、表征及性质研究52-66
• 3.1 引言52-53
• 3.2 新型亚胺基共价有机骨架材料ACOF-1 合成与表征53-58
• 3.2.1 ACOF-1 单体的合成53-54
• 3.2.2 模型化合物的合成54
• 3.2.3 新型亚胺基共价有机骨架材料ACOF-1 的合成与表征54-58
• 3.3 新型亚胺基共价有机骨架材料ACOF-1 的性质研究58-62
• 3.3.1 ACOF-1 的热稳定性研究58-60
• 3.3.2 ACOF-1 的气体吸附性质研究60-62
• 3.4 本章小结62
• 3.5 本章参考文献62-66
• 第四章 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU2的设计合成、表征及性质研究66-80
• 4.1 引言66-67
• 4.2 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU2合成与表征67-72
• 4.2.1 COF-JLU2单体的合成67
• 4.2.2 模型化合物的合成67-68
• 4.2.3 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU2的合成及表征68-72
• 4.3 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU2的性质研究72-77
• 4.3.1 COF-JLU2的热稳定性研究72-74
• 4.3.2 COF-JLU2的化学稳定性研究74
• 4.3.3 COF-JLU2的气体吸附性质研究74-77
• 4.4 本章小结77
• 4.5 本章参考文献77-80
• 第五章 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU3的设计合成、表征及性质研究80-94
• 5.1 引言80-81
• 5.2 新亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU3的合成与表征81-86
• 5.2.1 COF-JLU3单体的合成81-82
• 5.2.2 模型化合物的合成82-83
• 5.2.3 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU3的合成及表征83-86
• 5.3 新型亚胺基共价有机骨架材料COF-JLU3的性质研究86-92
• 5.3.1 COF-JLU3的热稳定性研究86-87
• 5.3.2 COF-JLU3的化学稳定性研究87-88
• 5.3.3 COF-JLU3的金属离子识别研究88-92
• 5.4 本章小结92
• 5.5 本章参考文献92-94
• 第六章 新型三苯基硼类微孔聚合物BCMP-3 的设计合成、表征及其性质研究94-108
• 6.1 引言94-95
• 6.2 新型三苯基硼类微孔聚合物BCMP-3 的合成与表征95-99
• 6.2.1 BCMP-3 的单体的合成95-96
• 6.2.2 BCMP-3 的合成及表征96-99
• 6.3 新型三苯基硼类微孔聚合物BCMP-3 的性质研究99-106
• 6.3.1 BCMP-3 的氟离子传感研究99-102
• 6.3.2 BCMP-3 的氟离子吸附性质的研究102-106
• 6.4 本章小结106
• 6.5 本章参考文献106-108
• 附图108-116
• 作者简介及科研成果116-118
• 致谢118

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