共价有机骨架膜具体应用
共价有机框架材料的合成与应用
共价有机框架材料的合成与应用在过去的几十年中，新型材料的研究和应用取得了令人瞩目的进展。
其中，共价有机框架材料(CC MOF)因其独特的微孔结构、高比表面积、可控的化学和物理性质以及广泛的应用前景而备受研究者的关注。
本文将介绍CC MOF的合成方法以及其在气体分离、催化等方面的应用。
一、CC MOF的合成方法共价有机框架材料是一类由有机配体和金属离子通过共价键和金属-有机骨架构成的具有定向孔道结构的材料。
其合成方法主要有以下几种：（一）溶剂热法溶剂热法是一种常用的CC MOF合成方法，该方法将反应物以适当的摩尔比混合，并在高温有机溶剂体系中加热反应，使有机配体和有机基团与金属离子形成共价键结构，最终形成共价有机框架材料。
同时，此方法中还可以通过控制不同溶剂的挥发性来调节反应物浓度和形成的晶体尺寸。
（二）气相沉积法气相沉积法是一种通过控制不同气相中配位反应产生的材料合成方法。
该方法主要采用化学气相沉积和物理气相沉积两种方式。
其中，化学气相沉积常用的金属前驱体包括金属有机化合物、金属卡宾、金属制氢化物和金属醇等，而有机配体常用的前驱体包括苯酚、咪唑和含硫、碘、氮等官能团的化合物。
（三）水热法水热法是一种在高温高压下将金属离子和有机配体共同反应形成共价有机框架材料的方法。
该方法的优点是反应物简单，易于操作，反应时间短，反应条件温和，适用于大规模制备。
二、CC MOF在气体分离中的应用CC MOF因其高比表面积和定向孔道结构具有较好的气体分离性能，目前已被广泛应用于烷烃、氧气、氧气混合物和甲烷/空气分离等领域。
其中，最常见且具有广泛应用前景的是烷烃分离领域。
烷烃是石化和能源工业中最重要的原料之一，它们的分离和纯化对于提高能源利用率、减少环境污染、节约能源、实现资源的合理利用等具有非常重要的意义。
传统分离技术通常涉及使用蒸馏、吸收、吸附和膜分离等方法。
这些方法的局限在于难以直接提高选择性，而CC MOF是一种可调控性能的材料，可以通过调节孔径和官能团等参数来实现对烷烃的高选择性和高效分离。
共价有机骨架材料COF
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
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.
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
共价有机框架在光催化方面的优势
共价有机框架在光催化方面的优势共价有机框架，听起来像是高深莫测的科学名词，但一说到它在光催化方面的应用，简直就是一颗闪亮的“科技小星星”。
想象一下，这种材料就像是化学世界中的“万能小帮手”，能在阳光的照射下，发挥它的超强能力，帮我们解决一大堆环境和能源问题。
咋说呢，咱们平时看太阳晒着暖暖的太阳光，不也想过，能不能用它做点事儿，别让这大好阳光白白浪费了？哈哈，这时候，共价有机框架（COF）就像是神奇的“能量魔法师”，它不仅能吸收光能，还能把它转化成有用的化学反应，帮我们实现一些环保、能源利用的梦想。
光催化嘛，说简单了就是利用光的能量去推动一系列化学反应。
以前呢，大家的目光总是集中在那些金属催化剂上，觉得它们才能搞定大事儿。
可是问题也来了，金属催化剂嘛，做起来不便宜，且有些金属也容易腐蚀，环境上不好。
于是，聪明的科学家们开始探索一些更环保、更经济的材料。
结果，发现了共价有机框架。
你想啊，COF就是个轻巧、耐用的小家伙，它不像金属那样容易生锈，而且结构上很灵活，能调节得跟你想要的差不多。
就像你买的T恤，挑颜色和款式一样，COF可以根据需要，设计成不同的结构和性质，适应不同的光催化需求。
说到它的优势，首先得提提它的“超强吸光能力”。
大家应该知道，太阳光中可不全是紫外线和可见光，那些红外线也不能白白浪费对吧？可是传统催化剂，往往只能吸收一部分光，而COF不同，光是它的最爱。
它的结构可以很聪明地捕捉到更多的光能，甚至是红外线这些难得的资源。
你看，太阳那么大个“能源宝库”，它可不能偏心，只抓住一部分。
COF抓得多，利用得好，等于它的“工作效率”高，光催化反应就更省时省力。
COF就像一个完美的“舞者”，不仅仅是吸光，还能高效地转化这些能量。
它的多孔结构提供了大量的表面积，化学反应发生的场地就多了，效率自然就高。
这就好比你去吃自助餐，有一堆美食摆在面前，选择越多，肚子也能装得更多。
COF也一样，它的表面上有很多空隙，能容纳更多的反应物，反应进行得更快速。
共价有机框架参与构建的复合材料(合成与应用)
共价有机框架参与构建的宏观三维（3D）结构：合成与应用摘要共价有机框架（Covalent organic frameworks，简称COF）材料是通过共价键连接的具有周期性网格结构的晶态多孔聚合物。
具有密度低、比表面积大、热稳定性高、尺寸可调以及结构功能设计灵活等特点，在气体分离和存储、化学传感以及催化等应用中显示出巨大的潜力，故而受到了人们的极大关注。
然而因其结晶性，该材料多为粉末状，在加工成型方面是一个巨大挑战。
当前的研究大多集中于COF膜材料的制备及应用探索，关于COF基宏观三维结构的研究内容较少。
本文将现有的COF基宏观三维结构和气凝胶材料进行了总结，包括其制备方法和具体的应用。
此外，还对其未来的发展趋势以及可能面临的挑战提出了自己的观点和看法，抛砖引玉，希望能对其他科研人员起到一定的借鉴作用。
关键词：共价有机框架宏观三维结构气凝胶制备应用AbstractA covalent organic framework is a crystalline porous polymer with a periodic grid structure connected by covalent bonds.It has the characteristics of low density,large specific surface area,high thermal stability,adjustable size,and flexible structural and functional design.It has shown great potential in applications such as gas separation and storage,chemical sensing,and catalysis, so it has been extremely popular.Great concern.However,due to its crystallinity,IIIthe material is mostly in powder form,which is a huge challenge in processing and molding.Most of the current researches focus on the preparation and application of COF membrane materials,and there is little research on the macroscopic three-dimensional structure of COF.This article summarizes the existing COF-based three-dimensional macroporous structures and aerogel materials,including their preparation methods and specific applications.In addition,he also put forward his own views and opinions on its future development trends and possible challenges,and hoped to provide some reference for other researchers.Keywords:Covalent organic framework macroscopic three-dimensional structure aerogel preparationapplication1.前言共价有机框架是一类由轻元素（H、B、C、N、O等）构建并通过共价键连接的晶态多孔聚合物材料[1-4]。
共价有机骨架材料COFs的合成及应用 ppt课件
PPT课件
19
PPT课件
20
0
H P-COF 2
[Et] -H P-COF 25 2
[MeOAc] -H P-COF [AcOH] -H P-COF
50 2
50 2
[EtOH] -H P-COF 50 2
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
Carbon dioxide adsorption capacity
PPT课件
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al., SPcPiTe课nc件e, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. ChePPmT课. S件oc., 2015, 137, 8352-8355.
8
二、COFs合成方法
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
MOF-177
C54H30O13Zn4 11,17
--
4750
75.2
--
O. M. Yaghi, et al., J. AmP. PCTh课e件m. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
Material
Composition
pore Vp,DR/ size/Å cm3g-1
SBET/ m2g-1
H2 uptake/ CH4 uptake/ CO2 uptake/
mg g-1
共价有机骨架材料综述
共价有机骨架材料综述共价有机骨架材料是一种新型的材料，在近年来备受关注。
它们具有有机物分子的柔性和无机物分子的稳定性，能够实现气体吸附和分离、药物递送、光电催化等多个应用领域。
下面将就共价有机骨架材料的定义和分类、制备方法和应用领域作一综述。
一、定义和分类共价有机骨架材料（Covalent Organic Frameworks，简称COF）是由有机分子通过共价键连接形成的多孔材料。
COF具有的主要特点是大孔径、高度结构有序、表面积大等。
通过精确设计和合成可以使COF具有各种化学和物理性质，从而应用于多种领域。
目前，COF通常被分为两类：互锁型和无锁型。
互锁型的COF是由两个或更多有机分子交错连接而成，通过化学键互锁起来，以形成有序的孔道。
无锁型COF则是由有机分子经过化学键连接形成的一种框架结构材料。
二、制备方法COF的制备方法往往复杂，需要精确的控制条件和化学反应，具有较高的制备难度和成本。
目前，COF的主要制备方法可分为三类：撑开法、共价嵌合法和热浸没法。
1. 撑开法撑开法是COF的最早制备方法之一。
它是将有机分子添加到反应溶液中，加入一定浓度的撑开剂，然后通过加温使反应物形成长链结构。
随后，反应溶液通过严格的操作，形成COF的结构。
2. 共价嵌合法共价嵌合法是一种比较新的COF制备方法。
通过化学键的形成，将有机分子连接在一起，形成具有框架结构的骨架。
该方法的优势是反应温度相对较低，反应时间短，操作简单。
3. 热浸没法热浸没法是制备COF的另一种方法，主要步骤是将硼酸盐添加到有机分子反应溶液中，反应在150℃下进行。
该方法可以轻松制备穿孔的框架结构，有较高的实用价值。
三、应用领域COF具有多种应用领域，例如：1. 气体吸附和分离由于COF具有大孔径、高结构有序性和高表面积等特点，能够生产出去除特定气体的材料。
例如，通过制备COF吸附气体，可以去除空气中的CO2，以减缓全球变暖。
2. 药物递送COF可以作为药物递送的载体，通过在孔道中嵌入药物，改善药物吸收和溶解度问题。
吡啶功能化共价有机框架材料的设计、合成、表征及应用
吡啶功能化共价有机框架材料的设计、合成、表征及应用吡啶功能化共价有机框架材料的设计、合成、表征及应用引言：共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COFs）是一类由有机分子通过共价键连接形成的晶体材料，具有可调控的孔隙结构和高度有序的超分子结构。
吡啶功能化共价有机框架材料是以吡啶为其中一个关键结构单元的COFs，在催化、气体吸附、分离等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点讨论吡啶功能化COFs的设计、合成、表征及应用。
一、吡啶功能化COFs的设计吡啶是一种含有共轭芳香环的有机分子，通过调整吡啶分子结构和功能团的引入，可以改变COFs材料的物理化学性质。
设计吡啶功能化COFs的关键在于选择合适的有机分子和功能团，以及确定有效的连接方式。
例如，通过在吡啶结构上引入电子吸引基团如氟、氯等，可以提高COFs材料的电子传导性能；而引入具有功能性基团如酮基、酯基等，可以赋予COFs材料特定的化学反应活性。
二、吡啶功能化COFs的合成吡啶功能化COFs的合成通常分为两个步骤：预聚合和后处理。
预聚合是将选择的有机分子和功能团在适当的条件下进行缩合反应，形成COFs的基本结构。
后处理是通过调整反应条件或添加特定试剂，进一步改变COFs材料的晶型和孔隙结构。
例如，可以通过控制反应溶剂的类型和浓度，调节COFs的晶格常数和孔隙大小。
三、吡啶功能化COFs的表征吡啶功能化COFs的表征主要包括X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）等技术。
XRD可以确定COFs材料的晶体结构和晶格常数，从而确定孔隙大小和排列方式。
FT-IR可以用于检测COFs材料中功能团的引入情况。
TEM可以观察COFs材料的形貌和孔隙结构，进一步了解COFs材料的微观结构特征。
四、吡啶功能化COFs的应用吡啶功能化COFs在催化、气体吸附、分离等领域具有广泛的应用前景。
例如，吡啶功能化COFs可以作为催化剂载体，通过调节吡啶结构和功能团的选择，实现对特定反应的高效催化。
共价有机骨架的设计、制备及应用
共价有机骨架的设计、制备及应用周婷;龚祎凡;郭佳【摘要】共价有机骨架(COF)材料是一类由共价键连接有机构筑单元而形成的结晶型有机多孔材料.COF因其长程有序的结晶结构,以及具有可设计性、可剪裁性和易功能化的特点,因而表现出优异的物理化学性质,被科学家们广泛关注和研究.基于COF材料特定的拓扑结构、多样的单元组成、可调的孔道性质和灵活的功能开发,COF材料在气体存储、非均相催化、传感检测、光电转换、质子传导、储能等方面体现出重要的应用价值.本文从COF材料的设计、制备以及应用等方面,综述了COF材料领域的发展和现状,并对其研究和应用前景进行展望.%Covalent organic frameworks(COFs)are crystalline porous polymers constructed by the covalent linkage of building blocks in a predictable pattern.In 2005,Yaghi and co-workers addressed the topological design principles of COFs and synthesized the first example with hexagonal pore channels and layer-by-layer stacking structures.The advent and development of COFs over years have been providing a promising platform across scientific fields as well as opportunities of designing the state-of-art 2D architectures.Given the covalent linkages and organic components,both the chemical and thermal stability of COFs are improved significantly,and the mass density is much lower than the well-known metal-organic frameworks.Different from the amorphous porous organic materials,the long-range ordered structure of COFs can be pre-designed and tailored to realize the specific topological structures and pore properties.In recent years,extensive attention has been gained on COFs' chemistry including building units,topologystructures,reaction types,polymerization methods and functional strategies.T hese studies have laid the foundation for the extension of COFs' applications such as gas storage/separation, catalysis, chemosensing,light harvesting,proton conduction and energystorage/transduction.Therefore,COFs not only exhibit the application value of porous organic materials,but also show great potential to challenge the bottlenecks of the emerging energy and environmental issues.In this review,we summarize the milestones in design and synthesis of COFs as well as the major progress achieved in applications,and further address their prospects and challenges in the future development.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2018(031)003【总页数】27页(P189-215)【关键词】多孔;高分子合成;结晶;有机骨架【作者】周婷;龚祎凡;郭佳【作者单位】复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室,高分子科学系,上海200433;复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室,高分子科学系,上海200433;复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室,高分子科学系,上海200433【正文语种】中文【中图分类】O631共价有机骨架(Covalent Organic Framework, COF)是一类由C、H、B、O、N等轻原子构成，通过化学共价键连接有机单元而形成的结晶型有机多孔材料。
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共价有机骨架膜具体应用
共价有机骨架膜是一种由共价有机骨架材料构成的薄膜，这种材料具有独特的化学和物理性质，使其在各种应用领域中都具有潜在的应用前景。
以下是共价有机骨架膜的一些具体应用：
1.气体分离：
•共价有机骨架膜因其可调控的孔隙结构和高度选择性，可用于气体分离。
例如，用于二氧化碳捕捉和气体存储，对
于工业废气处理和天然气的纯化具有潜在的应用价值。
2.溶剂分离：
•共价有机骨架膜在溶剂分离中也显示出很好的效果。
由于其高度有序的孔隙结构，可以用于分离和提纯液体混合物
中的有机溶剂。
3.催化膜：
•共价有机骨架膜可作为催化剂载体，支持在其表面固定催化剂，从而提高催化效率。
这在有机合成和化学反应中可
能具有广泛的应用。
4.离子交换膜：
•共价有机骨架膜具有一定的离子交换性质，可以用于电池、燃料电池和其他电化学应用中的离子传递和分离。
5.药物输送：
•共价有机骨架膜的微孔结构使其适用于药物传递和控释系统。
可以通过调控孔隙结构和表面功能团，实现对药物
释放速率的精准控制。
6.分子分离：
•共价有机骨架膜可用于分离和纯化复杂的有机分子混合物，具有在药品生产和化学工业中分离目标分子的潜在应
用。
7.光学传感：
•一些共价有机骨架膜对光学特性具有响应性，可用于光学传感应用。
例如，对某些化学物质的吸附可引起膜的颜色
变化，从而实现对环境中特定化合物的检测。
这些应用领域只是共价有机骨架膜潜在应用的一部分，随着该领域的不断发展，可能会涌现出更多的应用和创新。