共价有机骨架材料
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.
共价有机骨架材料COFPPT精选文档
1.2.1 按形成的共价键分类
①反应可逆
A.硼氧六环
②构建单元立体构型保持
单体、寡 聚物相互 B.硼酸酯 交换 “Error checking”
C.三 嗪
刚性结构
D.亚 胺
E. 腙
W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.
5
COFs材料的分类
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
--
-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
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
Carbon dioxide adsorption capacity
mofs、cofs、mxenes的特征
mofs、cofs、mxenes的特征MOFs、COFs和MXenes是近年来在材料科学领域备受关注的三类材料。
它们具有独特的特征和优势，广泛应用于催化、能源存储、传感器等领域。
MOFs（金属有机骨架材料）是由金属离子或簇团与有机配体通过配位键连接而成的多孔晶体材料。
MOFs具有高度可调的孔隙结构和表面功能性，可以用于气体储存、气体分离、催化反应等领域。
MOFs的孔隙结构可以通过调节金属离子、有机配体和合成条件来实现，从而实现对孔隙大小和形状的精确控制。
此外，MOFs还具有高度可调的表面功能性，可以通过改变配体结构和金属离子的选择来实现，从而实现对分子吸附和催化反应的选择性控制。
MOFs 还具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在高温和极端环境下稳定存在，具有广泛的应用前景。
COFs（共价有机骨架材料）是由有机单体通过共价键连接而成的二维或三维多孔晶体材料。
COFs具有高度可调的孔隙结构和化学功能性，可以用于气体储存、分离膜、催化反应等领域。
COFs的孔隙结构可以通过选择不同的有机单体和反应条件来实现，从而实现对孔隙大小和形状的精确控制。
COFs还具有高度可调的化学功能性，可以通过改变有机单体的结构和反应条件来实现，从而实现对分子吸附和催化反应的选择性控制。
COFs具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在高温和极端环境下稳定存在，具有广泛的应用潜力。
MXenes是一类二维材料，由金属离子与碳、氮等元素形成的层状结构组成。
MXenes具有高度可调的层间间距和表面功能性，可以用于电池、超级电容器、传感器等领域。
MXenes的层间间距可以通过选择不同的金属离子和碳、氮等元素来实现，从而实现对层间间距的精确控制。
MXenes的表面功能性可以通过改变MXenes的官能团来实现，从而实现对分子吸附和电荷传输的选择性控制。
MXenes具有良好的导电性和机械稳定性，可以在高电流和极端环境下稳定工作，具有广泛的应用前景。
共价有机骨架材料COFs
2D COFs的构建方法：
D. Jiang, et al., Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 6010-6022.
6
3D COFs的构建方法
3D COFs的特点： ①通过共价键连接扩展形成网状结构 ②具有较大的BET值（可达4000m2g-1） ③更高的热稳定性（400-500℃） ④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
17
单体导入官能团作为催化位点
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.
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
--
-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
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
cof结构解析
cof结构解析
共价有机骨架材料（COFs）是由有机结构单元通过共价键连接而形成的晶态有机多孔材料。
由于其独特的结构特性，COFs在吸附、催化等领域有广阔的应用前景。
然而，由于许多COFs的晶体尺寸较小，传统的X射线衍射法和粉末衍射法解析结构非常困难。
为了解决这个问题，可以采用MicroED技术，这是一种基于冷冻透射电镜的结构解析技术。
该技术通过电子对微小的晶体进行衍射，收集电子衍射数据并进行数据解析。
由于所需的晶体尺寸极小，微纳米尺寸的晶体就可以产生足够高的信噪比衍射信号。
这种技术可以快速、高效地提供高分辨率的衍射数据，大幅降低对样品形状、纯度和尺寸的要求。
除了MicroED技术，还可以通过其他方法解析COF结构。
例如，可以通过X射线衍射、电子显微镜等技术来表征COF的分子排列方式，这些方法可以揭示COF的结构有序性和稳定性。
此外，可以通过气体吸附、孔隙体积测定、孔道直径分布等方法来表征COF的孔道形貌，这些参数可以反映COF在吸附、催化等应用中的性能。
以上内容仅供参考，建议查阅关于COF的书籍或者咨询化学领域专业人士获取更准确的信息。
共价有机骨架材料COFs
按形成旳共价键分类
①反应可逆
A.硼氧六环
②构建单元立体构型保持
单体、寡 聚物相互 B.硼酸酯 互换 “Error checking”
C.三 嗪
刚性构造
D.亚 胺
E. 腙
W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2023, 42, 548-568.
5
COFs材料旳分类
1.2.2 按空间构型分类：2D COFs 和3D COFs
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., 2023, 137, 7079-7082.
3.2 在催化中旳应用
2D COFs旳构建措施：
D. Jiang, et al., Chem. Soc. Rev., 2023, 41, 6010-6022.
6
3D COFs旳构建措施
3D COFs旳特点： ①经过共价键连接扩展形成网状构造 ②具有较大旳BET值（可达4000m2g-1） ③更高旳热稳定性（400-500℃） ④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
MOF-177
C54H30O13Zn4 11,17
--
4750
75.2
--
O. M. Yaghi, et al., J. Am. Chem. Soc., 2023, 131, 8875-8883.
1490(40bar)
14
COFs孔道功能化储存二氧化碳旳研究
CO2 uptake(mg g-1)
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。
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W. R. Dichtel, et al.,PSPcT学ien习c交e,流2011, 332, 228-231.
12
COF-103的BET 4210m2 /g
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
低密度
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
--
-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
MOF-177 C54H30O13Zn4 11,17
--
4750
75.2
--
1490(40bar)
O. M. Yaghi, et al., J. APmP.T学Ch习e交m流. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
14
COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究
CO2 uptake(mg g-1)
-NH
160
2
140
-OH
120
-COOH
小结：孔道修饰策略得到了一
ZnCl2
400℃，40h
不同的单体
CTF（ Covalent TriazineBased Frameworks ）系 列材料
A. Thomas, et al., AngewPP. TC学h习em交.流Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
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2.4 其他合成方法
单层COFs的合成
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
Carbon dioxide adsorption capacity
PPT学习交流
D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082.
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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
100
RCOO-
80
Et-
60
40
系列由直接缩合反应难以得到 的孔道多样化的COFs,并且经 过修饰的COFs表现出了明显
20
优化的CO2吸附能力。
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
动力学控制
无序多孔材料
热力学控制
COFs
O. M. Yaghi, et al.,PSPTc学ie习nc交e流, 2005, 310, 1166-1170.
3
COF-1和COF-5的构建
COF-5
O. M. Yaghi, et alP.,PTS学c习ien交c流e, 2005, 310, 1166-1170.
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
PPT学习交流
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
mg g-1
mg g-1
COF-1
C3H2BO
9
0.3
750
14.8
40
230
COF-5
C9H4BO2
27
1.07
1670
35.8
89
870
COF-102
C25H24B4O8
12
1.55
3620
72.4
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
2.1 溶剂热法
溶剂：均三甲苯/二氧六环混合
脱气 密封
120℃，3d
Pyrex tube
特点：对COFs材料具有较好的普适性，但合成时间 较长，温度较高
O. M. Yaghi, et aPl.P,T学Sc习ie交n流ce, 2005, 310, 1166-1170.
9
2.2 微波辅助法合成COFs
5
COFs材料的分类
1.2.2 按空间构型分类：2D COFs 和3D COFs
2D COFs的构建方法：
D. Jiang, et al., ChemP.PST学oc习. R交e流v., 2012, 41, 6010-6022.
6
3D COFs的构建方法
3D COFs的特点： ①通过共价键连接扩展形成网状结构 ②具有较大的BET值（可达4000m2g-1） ③更高的热稳定性（400-500℃） ④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
4
1.2 COFs材料的分类
1.2.1 按形成的共价键分类
①反应可逆
A.硼氧六环
②构建单元立体构型保持
单体、寡 聚物相互 B.硼酸酯 交换 “Error checking”
C.三 嗪
刚性结构
D.亚 胺
E. 腙
W. Wang, et al., ChPPeTm学.习S交oc流. Rev., 2013, 42, 548-568.
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al.,PSPTc学ie习nc交e流, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. CPhPeT学m习. S交o流c., 2015, 137, 8352-8355.
8
二、COFs合成方法
共价有机骨架聚合物(COFs)的 合成及应用
报 告 人：× × 时 间： × ×
PPT学习交流
1
目录
一、COFs材料介绍 二、 COFs材料合成方法 三、 COFs材料应用 四、小结和展望
PPT学习交流
2
一、COFs材料介绍
1.1 COFs的概念 共价有机骨架聚合物（Covalent organic frameworks） 简称COFs，是以轻元素C、O、N、B等以共价键连 接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔 结构的晶态材料。
COF-108低至
结构
0.17cm3g-1
多样
PPT学习交流
结构单元多样化
13
三、 COFs的应用
3.1 气体储存
Material
Composition
pore Vp,DR/ size/Å cm3g-1
SBET/ m2g-1
H2 uptake/ CH4 uptake/ CO2 uptake/
mg g-1
溶剂：均三甲苯/二氧六环/乙酸混合
微波条件下反应
100℃，60min
microwave tube
特点：合成时间短，反应温度相对更低
TpPa-COF
L. Wang, et al., ChemP.PCT学om习m交u流n., 2015, 51, 12178-12181.
10
2.3 离子热法合成COFs