共价有机骨架材料COFsppt课件
光催化 d-a结构 cofs
光催化 d-a结构 cofs
光催化是一种利用光能促进化学反应的技术，而d-a结构则指的是给体-受体结构，COFs则是共价有机框架的缩写。
将这三个概念结合起来，光催化d-a结构COFs指的是一种利用光能促进化学反应的共价有机框架材料，其中包含给体-受体结构。
在这个概念中，光催化d-a结构COFs可以被用于各种领域，如光催化水分解、光催化CO2还原、光催化有机合成等。
这种材料的特点是具有良好的光催化性能和结构稳定性，能够有效地吸收光能并将其转化为化学能。
从光催化的角度来看，光催化d-a结构COFs的研究可以帮助我们开发高效的光催化材料，从而解决能源和环境方面的问题。
这种材料可以在可见光甚至红外光范围内进行光催化反应，具有很高的应用潜力。
从d-a结构的角度来看，给体-受体结构的设计可以调控材料的光电性能，从而影响光催化性能。
通过合理设计d-a结构，可以优化材料的吸光性能和电荷分离效率，提高光催化效率。
从COFs的角度来看，共价有机框架材料具有高度可控的孔隙结
构和表面化学性质，这为光催化反应提供了良好的反应环境。
此外，COFs材料还具有良好的化学稳定性和可重复利用性，这些特点使其
成为理想的光催化材料。
总的来说，光催化d-a结构COFs作为一种新型材料，在光催化
领域具有广阔的应用前景。
通过深入研究光催化机理、d-a结构设
计和COFs材料合成等方面，我们可以进一步推动这一领域的发展，
为解决能源和环境问题提供新的思路和解决方案。
共价有机骨架材料COFs汇总.
A. Thomas, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
11
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
COF-103的BET 4210m2 /g
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al., Science, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355.
8
二、COFs合成方法
2.1 溶剂热法
50 2
50 2
[EtOH] -H P-COF 50 2
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
15
Carbon dioxide adsorption capacity D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082.
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
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
96
I
2
97
Br 2.5
98
Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
共价有机框架 介电材料
1111
共价有机框架（Covalent Organic Frameworks，COFs）是一类由轻元素（如 C、B、N、O 等）通过共价键连接而成的晶态有机多孔材料，其具有周期性的网络结构、高的比表面积、低的密度、良好的化学稳定性和可调节的功能等特点。
COFs 的合成通常采用可逆的缩合反应，通过选择不同的构筑单元和反应条件，可以调控 COFs 的结构和性能。
目前，已经合成出了多种不同结构和功能的 COFs，如一维线性COFs、二维平面 COFs 和三维立体 COFs 等。
COFs 在气体吸附、分离、催化、传感、储能等领域具有广阔的应用前景。
例如，COFs 可以作为高效的气体吸附剂和分离材料，用于分离和提纯氢气、甲烷、二氧化碳等气体；也可以作为催化剂载体，用于催化有机反应和光催化反应；还可以作为传感器材料，用于检测气体、湿度和温度等。
介电材料是指具有高介电常数、低介电损耗和良好的绝缘性能的材料，它在电子学、光学、声学等领域有着广泛的应用。
常见的介电材料包括陶瓷、聚合物、玻璃等。
在实际应用中，介电材料常常需要与其他材料进行复合，以获得更好的综合性能。
例如，在电容器中，常常使用介电材料与金属电极复合，以提高电容器的容量和能量密度；在集成电路中，常常使用介电材料与半导体材料复合，以提高集成电路的性能和可靠性。
总之，共价有机框架和介电材料都是非常重要的材料，它们在不同的领域都有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，相信它们的应用范围将会不断扩大，为人类社会的发展做出更大的贡献。
共价有机框架材料的设计和合成
共价有机框架材料的设计和合成共价有机框架材料（COFs）是一种新型的静态二维或三维聚集物，由于拓扑结构的可调性和与传统多孔材料相比更高的表面积，已成为有机固体材料研究领域的热点。
COFs的沉淀合成和表面修饰方法，使得它们能够用于气体存储、分离、催化、传感、药物递送、光电等应用。
COFs的设计有两个关键因素：构建成份和二次建构策略。
COFs的成份由两个关键部分组成：中心原子和连接此原子的有机配体。
配体的选择不仅需要考虑化学稳定性，还需要考虑其构建杆的长度、形状和粘性。
对于中心原子的选择，化学反应性、相容性和功能性都是考虑的因素。
二次建构过程主要是化学反应在不同条件下引起的原初结构进一步组合成二级结构。
例如，通过氧化，环化，胺基化等反应调控组装/解组装硼酸酯类或配位配合物骨架结构的形成。
COFs的合成方法大致可以分为几类：自组装法、交错共聚法、光化学合成法和溶剂蒸发法。
其中，自组装法是最普遍和有效的方法，其关键是调控有机配体之间的相互作用，从而使其在溶液中自发地组装形成COFs。
例如，通过金属盐的催化作用，在不同条件下反应三个小分子成为COFs。
自组装法的优点在于材料制备简单，无需特殊设备和条件、高成品率、组组装程序便于控制；缺点是对于某些COFs的合成，需要特殊的催化剂和有机溶剂，而过多的有机溶剂会导致COFs的晶型和表面特性不稳定。
因此，研究不同的控制方法和组成系才知道用最小的有机溶剂含量制备COFs。
SALEM（分离器，吸附和催化）应用领域是COFs在气体分离、合成气生成、化学品检测和催化反应中的典型应用。
再生易用、具有较高的选择性和生成能力。
采用COFs作为气体分离材料，通过调控COFs孔尺寸，实现不同气体的分离。
例如，COFs能够区分氧气、二氧化碳和氮气，对于燃料电池中贵金属催化剂的替代，金属掺杂COFs被用作优良的催化剂。
总之，COFs的设计和制备对于其应用性影响深远，每一个步骤都需要精细的控制。
共价有机骨架材料COF
A. Thomas, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
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2.4 其他合成方法
单层COFs的合成
W. R. Dichtel, et al., Science, 2011, 332, 228-231.
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COF-103的BET 4210m2 /g
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
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
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骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
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I
2
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Br 2.5
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Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
动力学控制
无序多孔材料
热力学控制
O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
COFs
3
COF-1和COF-5的构建
COF-5
O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
4
1.2 COFs材料的分类
高比 表面
2.5 COFs的性质
热稳定 共价键连接，300-500℃ 性高
规整结构,有序孔
多孔 晶体
COFs
孔径范 从微孔到介孔 围宽
结构 多样
低密度
COF-108低至 0.17cm3g-1
共价有机框架 概念
共价有机框架概念
共价有机框架（COFs）就像是超级高级的分子积木游戏。
想象一下，你手上有好多特别设计的小塑料块，但这次不是普通拼接，而是用一种超级强力胶（共价键）把它们牢牢粘在一起，建出一个个超级规整、满是小洞洞的立体网格。
这些小洞洞特别有用，能抓住并存放各种微小的东西，比如气体分子或液体里的小玩意儿。
COFs的绝妙之处在于，你可以像设计城市模型那样，定制这些分子网格，想要啥样的结构、啥样的功能，都能想办法造出来。
而且，因为它们粘得特别牢，即使环境变来变去，这个网格也依然坚挺，不会轻易散架。
在现实世界里，这样的分子网格大有用武之地。
比如，它们可以当催化剂，让化学反应跑得飞快；还能变成高效的能源仓库，储存氢气这类清洁能源；或者变成超级筛子，从乱七八糟的东西里精准挑出我们需要的；甚至还能做成超级敏感的鼻子，嗅出环境中的一丁点特定物质。
当然了，这么厉害的积木游戏玩起来也不容易，制造这些COFs需要很精细的操作，还得解决如何大量生产的问题。
但不管怎样，共价有机框架绝对是科学界的一个闪亮新星，未来潜力无限！。
共价有机骨架材料
共价有机骨架材料
共价有机骨架材料是一类具有特殊结构和性能的材料，其具有高度的孔隙结构和表面积，广泛应用于气体吸附、分离、催化、储能等领域。
共价有机骨架材料的研究和开发对于提高材料的性能和功能具有重要意义。
首先，共价有机骨架材料具有高度的孔隙结构和表面积。
这种材料的孔隙结构可以提供大量的吸附位点，有利于气体分子的吸附和储存。
同时，其高表面积也有利于提高材料的活性和反应速率，对于催化和吸附分离过程具有重要意义。
其次，共价有机骨架材料具有可调控的孔隙结构和化学性质。
通过合理设计和合成，可以调控材料的孔隙大小、分布和化学性质，使其适应不同的应用需求。
这种可调控性使共价有机骨架材料具有广泛的应用前景，可以满足不同领域的需求。
另外，共价有机骨架材料还具有良好的稳定性和可持续性。
由于其特殊的结构和化学性质，这类材料具有较高的热稳定性和化学稳定性，可以在恶劣条件下长期稳定运行。
同时，共价有机骨架材料的合成和制备过程也比较环保，符合可持续发展的要求。
总的来说，共价有机骨架材料是一类具有特殊结构和性能的材料，具有高度的孔隙结构和表面积，可调控的孔隙结构和化学性质，良好的稳定性和可持续性。
在气体吸附、分离、催化、储能等领域具有重要的应用前景，对于提高材料的性能和功能具有重要意义。
因此，共价有机骨架材料的研究和开发具有重要的意义，需要进一步加强材料的设计和合成方法，探索其在不同领域的应用，推动共价有机骨架材料的发展和应用。
相信在不久的将来，共价有机骨架材料将会成为材料科学和工程领域的研究热点，并为解决能源和环境等重大问题提供新的思路和方法。
金属有机骨架材料原理与应用PPT优秀课件
1. 金属-有机骨架化合物的简介
自A.Werner在1893年创立配位化学以来，对配合物 的研究成了无机化学中最为活跃的领域之一。1951 年Wilkinsen和Fisher合成了二茂铁以及夹心型化合 物而获得了1973年的诺贝尔化学奖。到目前为止， 已经有20多位科学家从事与配位化学有关的科学研 究而获得诺贝尔奖。可以说，配位化合物已经深入 到了各个研究领域。
Joseph T. Hupp Morrison Professor of Chemistry Department of Chemistry Northwestern University
/hupp/josephhupp.html
材料的成分 MOF-n: Metal-Organic Framework; RPF-n: Rare-Earth Polymeric Framework; MPF-n: Metal Peptide Framework;
结构 ZMOF-n: Zeolite-like Metal-Organic Framework; ZIF-n: Zeolitic Imidazolate Framework; PCN-n: Porous Coordination Network;
Paul Karrer
国籍 瑞士
英国 德国 德国
德国
英国 瑞士
获奖原因
对分子内原子连接的研究，特别是 在无机化学研究领域。
利用X射线技术解析了一些重要生 化物质的结构
对胆汁酸及相关物质结构的研究
对血红素和叶绿素的组成的研究， 特别是对血红素的合成研究
对甾类的结构以及它们和维他命之 间的关系的研究
共价金属有机骨架
共价金属有机骨架
共价金属有机骨架（CovalentOrganicFrameworks，简称COFs）是一种新型的有机化学材料，在材料科学、催化化学、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
COFs是由共价键连接的有机分子组成的有序多孔结构，具有高度可控的孔径和孔隙度，可以通过微观结构和化学组成的调控来调节其物理、化学和机械性能。
COFs具有高度的稳定性、可重复性和可扩展性，能够用于分离、储存、传递和转化分子、离子和电子等，因此受到了广泛的关注和研究。
COFs的合成方法主要包括模板法、Sol-gel法、自组装法、热力学方法等，同时也面临着材料结构、性能、功能等方面的挑战和机遇。
未来，COFs有望在催化剂、储氢材料、超级电容器、光电器件等领域发挥更广泛的作用，为人类社会的可持续发展作出贡献。
- 1 -。
共价有机框架催化剂
共价有机框架（COFs）催化剂是一类新型晶态多孔有机聚合物材料，由共价键连接的多齿有机结构形成，具有成分、结构、功能可调的特性。
它们同时具有周期性的永久孔隙率、可调微观结构、高度共轭结构和高稳定性的特征，使得它们在光催化领域表现出巨大的应用潜能。
在光催化反应中，COFs催化剂可以作为有效的载体，通过负载其他活性组分（如金属纳米颗粒）来增强其催化性能。
此外，COFs催化剂还可以通过后修饰来引入特定的功能基团，以实现更广泛的应用。
以光催化CO2还原为例，COFs催化剂具有以下优点：首先，它们的构筑单元为有机小分子，来源广泛且种类繁多，便于通过构筑单元来调控目标材料的结构和功能；其次，它们以共价键连接形成空间网络结构，具有较好的热稳定性和化学稳定性；最后，它们由轻质元素（C、H、O、N和B等）构成，具有低密度的特性。
这些特性使得COFs催化剂在光催化CO2还原过程中表现出良好的活性和稳定性。
在实际应用中，人们通常会对COFs催化剂进行后修饰以使其功能化，从而提高其催化性能。
例如，邓伟侨教授团队设计了一种在拓扑框架结构中含有特定铂负载位点的共价有机框架作为光催化剂，通过光沉积方法在COFs上超均匀分散沉积铂团簇。
这种光催化剂在较低铂负载量时即可表现出高的光催化产氢速率。
总之，共价有机框架催化剂是一类具有广泛应用前景的新型多孔有机聚合物材料，在光催化领域表现出巨大的应用潜能。