论文部分内容阅读
近年来,多孔有机骨架（POFs）材料由于具有丰富的合成反应类型、可控的孔道结构和多样化的修饰官能团,并且在众多领域如气体存储、气体分离、催化、发光以及电学等有潜在的应用价值,吸引了科学家们的广泛关注。多孔芳香骨架（PAFs）是POFs家族的重要成员,在近期的研究工作中也有很多突破性的进展。本论文应用不同的反应基块,合成了一系列具有不同功能和特色的多孔芳香骨架材料,将不同的官能团修饰在材料的骨架中对材料进行功能化,并进一步研究了材料的气体吸附、分离以及电化学方面的性质。本文中第二章与第三章均通过Sonogashira-Hagihara偶联反应以三（4-乙炔基苯）胺（三节点）与不同的线型桥连片段（二节点）为偶联反应的构筑基块合成了一些列多孔芳香骨架材料,并且研究了材料中氨基,羧基,羟基以及偶氮官能团的引入对材料二氧化碳吸附性质的影响,结果证明氨基,羧基和羟基的引入可以增强材料骨架与二氧化碳分子的相互作用,进而提升材料的二氧化碳的捕获能力。此外,我们发现具有顺式结构的偶氮基团与二氧化碳分子之间的亲和力要优于反式结构的偶氮基团;第四章通过无水三氯化铁引发的氧化偶联反应以四（4-咔唑基苯）甲烷（TPTCz）为反应的构筑基块制备了含有咔唑片段的多孔芳香骨架材料,材料不仅在常规的气体吸附和分离方面有出色的表现,材料的电化学活性也很出色,因其骨架中咔唑片段的存在,我们将PAFs材料作为电极材料修饰在玻碳电极的表面,并研究了材料对过氧化氢还原反应的电催化效果,作为化学传感器对过氧化氢进行检测,结果表明材料因为其优异的孔性质对过氧化氢的检测有良好的灵敏度和很宽的线性范围,这为PAF材料修饰电极在传感器领域的应用和进一步发展提供了一个新的平台。首先,我们用三角形的构筑单元——三（4-乙炔基苯）胺分别与不同的线型桥连片段通过Sonogashira-Hagihara偶联反应制备了多孔芳香骨架材料（命名为:PAF-33,PAF-33-NH2,PAF-33-COOH,PAF-34,PAF-34-OH和PAF-35）。分析显示几种材料均为无定形的粉末,有高的热稳定性和化学稳定性,从370 m2/g到953 m2/g适中的比表面积,出色的CO2吸附能力。我们在材料中引入了羧基,氨基和羟基三种官能团,并研究了材料对CO2的捕获能力,包括CO2的吸附量,计算吸附焓和CO2/N2分离比,结果表明材料中引入的几种官能团对二氧化碳的捕获能力提升有积极的作用。其次,我们利用2,5-二溴偶氮苯与三角形的三（4-乙炔基苯）胺和四面体结构的四-（4-乙炔基苯）甲烷通过Sonogashira–Hagihara反应制备了两种骨架含有偶氮官能团多孔芳香骨架材料（命名为PAF-37和PAF-38）。偶氮经过紫外光照射和加热可以实现顺式和反式结构互变。经过紫外光照后,偶氮官能团发生反式到顺式结构的变化,材料的BET比表面积以及在6?和8?的孔径分布均有所增大,材料的CO2的吸附性能也有一定提高。我们对样品进行了三次紫外/加热循环实验,样品CO2吸附量在同等条件下几乎保持不变,表明材料中可以发生顺反异构化的偶氮基团具有高效的开关性能。因此,在多孔材料中引入刺激响应性的偶氮基团,可以有效改变材料的孔结构,进而影响材料的气体分子吸附性能。最后,我们制备了具有咔唑片段的四（4-咔唑基苯）甲烷（TPTCz）四面体构筑单元,并通过无水三氯化铁引发的氧化偶联反应自聚制备了材料PAF-39。PAF-39具有超高的比表面积（1686 m2/g）,出色的二氧化碳吸附能力（高二氧化碳吸附焓,高二氧化碳与氮气分离比）。值得注意的是,我们首次将PAFs材料用于修饰玻碳电极并应用于过氧化氢的还原检测。