共价有机骨架材料cofs
cofs新方法
cofs新方法
COFs（共价有机框架）是一种新型的有机多孔材料，可以通过多种方法进行合成。
目前，COFs的合成方法主要包括：溶剂热法、离子热法、微波合成法、机械研磨法、表面合成法和室温合成法等。
其中，溶剂热法是最常用的合成方法之一，需要在较高的温度和压力下进行，优点是合成条件温和、易控制、产率高。
离子热法则是利用离子液体作为反应介质，优点是反应温度较低、溶剂可循环使用，但合成过程相对复杂。
微波合成法是一种快速合成方法，通过微波辐射加热促进反应进行，优点是反应时间短、产率高，但设备成本较高。
机械研磨法是一种简单易行的方法，通过机械研磨促进反应进行，优点是设备简单、操作方便，但产率较低。
表面合成法则是在固体表面上通过化学反应制备COFs，优点是合成过程简单、产物纯度高，但制备的COFs尺寸较小。
室温合成法则是在室温下进行合成反应，优点是反应条件温和、操作简便，但产率较低。
除了以上方法外，还有一些新的合成方法不断被开发出来。
例如，一锅法是一种简单易行的方法，可以在保持较高的载药效率的前提下，解决反应步骤复杂、载药耗时的问题。
键合缺陷功能化方法则是在制备纯晶体材料时引入缺陷和杂质，以提高材料的性能和功能。
总的来说，COFs的合成方法在不断发展和完善中，新的合成方法将不断涌现，为COFs 材料的发展和应用提供更多的可能性。
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.
低比表面积的cofs_概述说明以及解释
低比表面积的cofs 概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在过去的几十年中，金属-有机框架材料（Covalent Organic Frameworks, COFs）已经成为材料科学领域中备受关注的研究热点。
它们由有机摸模单元通过共价键或亲和力形成一维、二维或三维的晶体结构，具有高度可控的孔隙结构和尺寸可调性。
这些特征使得COFs在气体吸附、分离纯化、催化反应等领域具有广泛的应用潜力。
然而，与其他各向异性多孔材料相比，低比表面积的COFs（Low Surface Area COFs）是一类特殊且值得关注的COF类型。
它们在表面积方面相对较低，并且通常具有更高的孔径大小。
正因为其非常规的结构特点，低比表面积COFs引起了人们广泛兴趣，并且吸引了大量研究工作。
本文将对低比表面积COFs进行详细概述说明，并解释其相关现象及影响因素。
首先，我们将介绍低比表面积COFs的定义和背景知识，包括其形成机制和基本特点。
接着，我们将详细说明低比表面积COFs的常见材料种类，以及它们的合成方法和工艺流程。
同时，我们还将介绍一些常用的表征技术和性能评估方法。
此外，我们将解释低比表面积现象及其影响因素。
这包括分子结构与拓扑效应、动力学限制与反应条件等方面的讨论和解析。
最后，在结论与展望部分，我们将总结本文的主要内容和发现，并对未来研究方向提出展望和建议。
通过对低比表面积COFs的全面概述和解释，本文旨在增进对这类材料的理解，并促进相关研究的发展与应用。
2. 低比表面积的cofs2.1 定义和背景低比表面积的cofs是指具有较小比表面积的共轭有机框架材料。
COFs （Covalent Organic Frameworks）是一类由共价键连接的有机分子构成的多孔网络结构，具有高度可预测性、可控性以及多样化的形态。
COFs材料被广泛研究并应用于催化剂、吸附材料、荧光探针等领域。
2.2 形成机制低比表面积的COFs材料形成主要依赖于两种基本合成方法：- 动态共价键合成：通过在单体反应过程中引入具有内反应活性官能团，利用其自身动力学特性，实现框架扩展限制，从而得到低比表面积的COFs。
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
cofs材料结构特点
cofs材料结构特点
COFs（共价有机框架）材料是一类新兴有机多孔材料，由分子前体通过共价键组装形成拓展的二维或三维网格结构。
这种结构具有以下特点：
1. 有序多孔结构：COFs的孔道结构具有高度有序性和可调性，可以在不同的尺度上控制材料的孔径和孔道排列，这使得COFs在吸附、分离和催化等领域有广阔的应用前景。
2. 密度低：由于COFs材料中存在大量的孔道结构，其密度相对较低，这有助于提高材料的比表面积和吸附性能。
3. 比表面积高：COFs材料的比表面积较高，这意味着单位质量的材料具有较大的表面积，可以提供更多的活性位点用于吸附或催化反应。
4. 易于功能化：COFs材料的化学结构可以通过分子设计和合成进行调控，这使得材料可以方便地进行功能化改造，以适应不同的应用需求。
5. 化学稳定性和热稳定性强：COFs材料通常具有较好的化学稳定性和热稳定性，可以在较为苛刻的环境条件下使用。
总之，COFs材料具有有序多孔结构、密度低、比表面积高、易于功能化、化学稳定性和热稳定性强等特点，在非均相催化、气体分离、储存、环境与能源、生物与药物传输、光电与传感等诸多领域中有重要的应用前景。
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)
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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 al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
9
2.2 微波辅助法合成COFs
溶剂：均三甲苯/二氧六环/乙酸混合
160
2
140
-OH
120
-COOH
小结：孔道修饰策略得到了一
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
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
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
SBET/ m2g-1
H2 uptake/ CH4 uptake/ CO2 uptake/
mg g-1
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
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., 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）
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
353070.51Fra bibliotek51190
zeolites
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
--
-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
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., Chem. Commun., 2015, 51, 12178-12181.
10
2.3 离子热法合成COFs
ZnCl2
400℃，40h
不同的单体
CTF（ Covalent TriazineBased Frameworks ）系 列材料
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.
共价有机骨架聚合物(COFs)的 合成及应用
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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
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。
MOF-177
C54H30O13Zn4 11,17
--
4750
75.2
--
O. M. Yaghi, et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
1490(40bar)
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COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究
CO2 uptake(mg g-1)
-NH
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
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
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