共价有机骨架材料COFs
cofs新方法
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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。
共价有机框架正极材料
共价有机框架正极材料共价有机框架正极材料——科技新星，能量存储大变革！说到电池，谁不熟悉呢？日常生活中到处都能见到它的身影，手机、电脑、甚至电动汽车，都离不开电池的帮助。
可是，大家有没有想过，电池的背后是不是也有一些有趣的科技故事？今天，我们就来聊聊一个非常酷的东西——共价有机框架材料（COFs），这玩意儿可能就是未来电池技术的大赢家！大家可能会问：共价有机框架是什么鬼？听起来有点高大上，其实它就是一种由有机分子和金属离子组成的材料，简单来说，就是一种能像搭积木一样把分子拼接在一起的材料。
你可以把它想象成一座超级稳固的“分子大楼”，每个分子就像楼房中的砖块，拼接成一个坚固又有序的框架。
哇，这样的材料，肯定能在电池里干一番大事儿！接下来说说它的优点。
共价有机框架材料就像是电池里的“多面手”，它们不仅能储存能量，还能在使用过程中保持稳定。
要知道，传统的电池材料就像是“老顽固”，储能能力有限，老是给你“掉链子”，而COFs就不同了。
它们有超级大的比表面积，相当于一个超大号的储物柜，能装下更多的能量，而且框架结构很稳，不容易被“拗坏”，就算是反复充电也能保持稳定的性能。
这就好比你买了个大背包，装得下的东西多，背着也不容易坏，真的是又大又耐用！说到这里，可能会有朋友好奇，这些材料到底能不能用在电池上？答案是肯定的！共价有机框架材料在电池正极的应用简直是“如鱼得水”。
在锂电池中，正极材料决定了电池的能量密度和使用寿命。
COFs的结构特点使它们在锂电池中充电和放电时，能够更好地“收纳”和释放能量，像一个“超级吸尘器”一样，高效又不容易漏能。
它们在电池中的表现让人眼前一亮，能在提供强大能量的保持超长的循环寿命。
所以你看，COFs的出现就像是为电池换上了“升级版”的动力引擎，让电池更强、更持久，给我们的智能设备续命。
这些材料也不是完美无缺。
要说它们的短板，那就是成本问题。
制造共价有机框架材料目前还比较贵，虽然它们的性能很棒，但要让它们普及到日常产品中，生产成本得降下来。
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。
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
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
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I
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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
共价有机框架材料的设计与合成
共价有机框架材料的设计与合成近年来，共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks，简称COFs）因其独特的结构和优异的性能而备受研究者的关注。
COFs是一种由共价键连接的有机分子构成的晶态材料，具有高度可控的孔隙结构和表面功能化的特点。
其独特的结构和性质使其在催化、吸附、分离、传感等领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨COFs的设计原理和合成方法。
首先，COFs的设计是基于有机化学的原理。
有机分子的结构和性质可以通过调整分子结构、官能团的引入和共价键的构建来实现。
因此，设计COFs的关键在于选择适当的有机分子和官能团，并通过合理的共价键构建策略来实现目标结构的合成。
常用的有机分子包括芳香烃、杂环化合物等，官能团可以是醛基、酮基、酸基等。
通过合理选择和组合这些有机分子和官能团，可以实现COFs的设计。
其次，COFs的合成主要有两种方法：静态合成和动态合成。
静态合成是指通过在溶液中将有机分子和官能团进行共价键连接来合成COFs。
这种方法简单易行，适用于大多数COFs的合成。
动态合成是指通过有机分子的自组装过程来合成COFs。
这种方法需要有机分子具有一定的自组装性质，适用于一些特殊结构的COFs的合成。
无论是静态合成还是动态合成，合成COFs的关键在于选择合适的反应条件和控制反应过程。
除了设计和合成COFs的方法外，研究者们还对COFs的性能进行了深入的研究。
例如，COFs的孔隙结构可以通过调节有机分子的尺寸和官能团的引入来实现。
孔隙结构的调控对COFs的气体吸附、分离和催化等性能有重要影响。
此外，COFs的表面功能化也是研究的重点之一。
通过在COFs的表面引入特定的官能团，可以实现对特定物质的选择性吸附和催化。
因此，COFs的性能研究对于实现其在各个领域的应用具有重要意义。
最后，COFs的应用前景非常广阔。
在催化领域，COFs可以作为催化剂或催化载体，用于有机合成、能源转化等反应。
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！。
共价有机骨架的其他名称
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共价有机骨架的其他名称
共价有机骨架（Covalent Organic Frameworks，简称COFs），它呀，还有一些其他的名称呢。
比如说，在一些比较专业的小圈子里，有人会把它叫做有机共价框架。
这名字听起来是不是有点酷，就像是给这个东西搭了一个专属于它的框架一样。
另外呢，还有人会称呼它为共价有机网络（Covalent Organic Networks）。
这个名字也很形象呀，就像是一张由共价键连接起来的大网络，各个部分都相互关联着。
还有一个名字，虽然不是那么常见，但也有人这么叫，那就是有机共价结构（Organic Covalent Structures）。
感觉这个名字把它最本质的东西都体现出来了，强调是有机的，而且是通过共价键构建起来的结构呢。
其实呀，不管是哪个名字，说的都是这个共价有机骨架啦。
就像我们人一样，可能有大名、小名，还有昵称，但不管怎么叫，都是指的同一个人呢。
这些不同的名称也反映了它在不同的研究方向或者不同的研究者眼中的不同特点。
有的研究者可能更注重它的框架性，就喜欢用有机共价框架这个名字；而有的研究者觉得它像网络一样的结构很重要，就会用共价有机网络这个名字。
反正呀，这些名字都是为了方便大家去研究和讨论共价有机骨架这个神奇的东西啦。
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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.
12
2.5 COFs的性质
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
R
X
Time(h) Yield(%)
动力学控制
无序多孔材料
热力学控制 COFs
O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
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
COF-103的BET 4210m2 /g
热稳定 共价键连接，300-500℃ 性高
规整结构,有序孔
高比 表面
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 COF-1 COF-5 COF-102 COF-103 zeolites mesoporous silicas MOF-5 MOF-177 Composition C3H2BO C9H4BO2 C25H24B4O8 C24H24B4O8Si --C24H12O13Zn4 C54H30O13Zn4 pore size/Å 9 27 12 12 --12,15 11,17 Vp,DR/ cm3g-1 0.3 1.07 1.55 1.54 ----SBET/ m2g-1 750 1670 3620 3530 1250 450-1070 3800 4750 H2 uptake/ mg g-1 14.8 35.8 72.4 70.5 25.5 -76 75.2 CH4 uptake/ mg g-1 40 89 187 175 86 14-65 120(300K) -CO2 uptake/ mg g-1 230 870 1200 1190 370 -970(40bar) 1490(40bar)
T[oC]
Fructose Conversion[%] 67 84 >99 5
HMF Selectivity[%] 97 97 97 n.d.
Yield[%] 65 81 97 n.d.
100 100 100 100
D. Zhao, et al., ChemSusChem., 2015, 8, 3208-3212.
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 B.硼酸酯 聚物相互 交换 “Error checking”
C.三 嗪
D.亚 胺
刚性结构
E. 腙
W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.
5
COFs材料的分类
19
20
14
O. M. Yaghi, et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究
160 140
-NH2
CO2 uptake(mg g-1)
-COOH
120 100 80 60 40 20 0
H2P-COF [Et]25-H2P-COF [MeOAc]50-H2P-COF [AcOH]50-H2P-COF
1 2 3 4
I I Br Br
3 2 2.5 3
96 97 98 97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
17
单体导入官能团作为催化位点
TFP-DABA
Entry 1 3 4 5
TFP-DABA loading[mol%] 5 7.5 10 -
共价有机骨架聚合物(COFs)的 合成及应用
报 告 人：× × 时 间： × ×
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。
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
-OH
RCOO-
Et-
小结：孔道修饰策略得到了一 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 优化的CO2吸附能力。
[EtOH] 50-H2P-COF
[EtNH2]50-H2P-COF
15
Carbon dioxide adsorption capacity
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 Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱFs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
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）
18
四、小结和展望
小结：
① COFs材料具有热稳定性高、比表面大等优点，在气体储存、 催化以及电子器件领域很有应用前景； ② 硼基COFs有高的结晶度和规整的孔道结构，但是对水和质 子性溶剂不稳定；基于亚胺、腙、三嗪等的COFs稳定有所 提升，但是一般具有较差的结晶度以及有限的孔道。
展望：
① 合成：开发高效合成方法，缩短反应时间，增加合成量 ② 结构：开发更多新型的COFs材料，得到集高稳定性、高 结晶度以及多孔性于一体的COFs ③ 应用：拓展应用范围，深化研究领域
微波条件下反应
100℃，60min
microwave tube
TpPa-COF
特点：合成时间短，反应温度相对更低
L. Wang, et al., Chem. Commun., 2015, 51, 12178-12181.
10
2.3 离子热法合成COFs
ZnCl2
400℃，40h
CTF（ Covalent TriazineBased Frameworks ）系 列材料