席夫碱型共价有机框架——基于开放体系的滴加法合成及其光催化应用

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aaitata
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)能够在拓扑引导下将有机单元集成到晶体多孔聚合物中形成周期性骨架,为设计有序结构的有机材料提供了一个不可替代的平台。由于其具有高结晶性、可设计性、拓扑和单元结构的多样性、孔道可调性和高稳定性等特点,COFs在气体吸附与分离、光电子、药物传递、多相催化、传感和能源存储等诸多领域具有广阔的应用前景。COFs多由可逆共价键构成,已报道的连接单元超过二十种。迄今为止,大多数COFs均在密闭体系溶剂热条件下合成,通常需要真空或惰性气氛、高温、高压和较长的反应时间。如何在开放体系下制备高结晶COFs仍然是一大挑战。在传统合成方法中,主要通过改变催化剂种类、添加调制剂、交换连接单元、提高单体平面度、引入氢键或氟原子等策略提高COFs材料的结晶性,但需要特殊催化剂或特殊单体,在普适性方面存在较大的问题。因此,开发简单有效且通用的策略实现开放体系中高结晶COFs材料的合成是目前COFs研究领域的发展目标。成核速度是影响COFs结晶性的关键因素。本论文提出一种在开放体系中,通过控制单体滴加速率的策略来控制晶体成核,以实现亚胺基COFs晶体生长;基于席夫碱反应,利用该策略制备功能性偶氮基COFs,并进一步探究其在光催化领域的实际应用。论文主要内容如下:(1)基于开放体系的滴加法制备亚胺基(-C=N-)COFs。在开放体系中,通过蠕动泵将醛类单体溶液滴加至胺类单体溶液中,在不同滴加速率下(20μL min-1、40μL min-1、80μL min-1和120μL min-1),制备了一系列亚胺连接的COFs材料,包括3种2D COFs(TATB-DATP-COF、PDA-TAPB-COF和OMe PDA-TAPB-COF)和1种3D COFs(COF-320)。结果表明,合适的滴加速率能有效控制单体浓度,有利于控制亚胺交换的速率,使COFs在形成过程中减少缺陷,提高缺陷的自修复,实现开放体系中高结晶性COFs材料的制备。与一锅法合成相比,通过滴加法制备的二维(2D)和三维(3D)亚胺连接的COFs均具有更高的结晶性和更高的比表面积,其中OMe PDA-TAPB-COF的BET比表面积可高达2226 m~2 g-1。(2)基于滴加法制备具有光催化活性的偶氮基(-N=N-)COFs。基于控制单体滴加速率的方法,利用2,4,6-三甲酰基间苯三酚与4,4′-偶氮二苯胺单体合成了功能性偶氮基Tp-Azo-COF,并研究了其结晶性对光催化制备过氧化氢的影响。利用PXRD和BET测试分析了不同滴加速率下制备的材料的结晶性和比表面积。当滴加速率为20μL min-1时,Tp-Azo-COF材料具有最高的结晶性和最高的比表面积(1072 m~2 g-1)。结晶有利于载流子的快速传输,能够提高材料的光催化性能。在可见光照射下,结晶性最高的Tp-Azo-COF材料具有最好的光催化制备过氧化氢的性能,在空气中光照一小时可制备8.1μmol过氧化氢,且在氧气气氛中光照一小时可制备20.2μmol过氧化氢。
其他文献
在人类社会的发展进程中,细菌感染的出现给社会公共安全和人类健康造成了严重的威胁,主要体现在感染性伤口的形成,抗生素滥用导致耐药菌的产生,医疗器械细菌生物膜造成病患感染等方面。近年来,抗菌肽由于其特有的抗菌机制、广谱抗菌活性且不会造成细菌耐药而受到广泛关注。与传统抗生素相比,抗菌肽对细菌、真菌、病毒,尤其是耐药性细菌,均有杀灭作用。因此,抗菌肽具有极好的市场开发前景。然而,单一的抗菌肽材料生理稳定性
学位
纳米粒子与聚合物协同或特定修饰的纳米粒子液液界面组装已被应用于非平衡态或功能性液体的构建。然而,纳米粒子的粒径多分散性、表面结构的不均一性致使其在液液界面组装时,界面微观结构难以精确调控,界面组装机理模糊,限制其进一步发展。围绕上述关键科学问题,本文以尺寸和结构明确且可控的多金属氧酸盐(polyoxometalates,POMs)代替纳米粒子,与官能化聚合物于油/水界面通过静电相互作用组装,分别调
学位
高分子材料已成为人类生活和生产不可或缺的一部分,但传统高分子材料依赖于不可再生的化石能源,其过度使用已导致日益严重的环境问题,因此发展可再生和生物降解高分子材料具有重要意义。聚乳酸(PLA)以生物质为原料,且具有良好的可生物降解性能,极富应用前景,但其韧性差以及加工温度高。癸二酸二甲酯(DMS)、环氧大豆油(ESO)等化合物作为增塑剂能够提高PLA的韧性并降低其加工温度,但增塑作用会导致材料拉伸强
学位
光学成像和光学治疗具有安全、无创、易操作等特点,在疾病诊疗方面获得了广泛的应用。由于皮肤组织对光的强散射和强吸收,导致光学成像和光学治疗仅能应用于浅表皮肤组织。光透明技术可以通过向皮肤组织中引入光透明剂的方式,调节组织的光学特性,减少混浊介质的光散射,提高光在皮肤组织中的穿透深度,进而改善光学诊疗的效果。但由于皮肤角质层的阻挡,光透明剂向深层次皮肤组织的渗透受到了限制,致使光透明效果不佳;尽管通过
学位
碳钢在海洋环境中会发生严重的腐蚀,防腐涂层是控制碳钢在海洋环境中腐蚀的有效策略之一。因此,设计和制备耐蚀性好且机械性能稳定的复合涂层对碳钢在海洋环境中的应用具有重要意义。本论文通过制备新型沸石咪唑酯骨架(ZIF)纳米填料来提高海洋环境中环氧树脂(EP)涂层对Q235碳钢的腐蚀防护性能。利用微观表征手段对纳米填料和涂层的形貌和结构进行了表征,并通过电化学阻抗谱测试(EIS)对涂层的腐蚀防护性能进行了
学位
在海洋环境中,高湿度、高紫外等影响因素会改变金属的腐蚀行为,使金属的服役面临新的挑战。但目前紫外线对金属腐蚀行为的影响机理掌握尚不充分,提出的相关机理主要体现在有半导体特性的腐蚀产物被紫外光辐射后,金属与半导体之间发生电子流动,进而影响金属腐蚀过程中的阴阳极反应;而这类半导体受紫外光照射后生成的高氧化、无选择性自由基可作为去极化剂加速金属腐蚀,同样也可对缓蚀剂的作用机制产生影响。在目前的报道中,这
学位
碳钢在中性腐蚀介质中如城市用水、锅炉水和循环冷却水等易造成结垢和腐蚀等问题。人工合成和天然高分子由于具有多个吸附位点和良好的分散能力,是得到较好发展和应用的水处理剂,但在中性介质中缓蚀性能较差。低聚物兼具高分子的多官能基团和小分子的易溶解迁移作用,在缓蚀方面具有较好的潜力。本文分别采用自由基共聚、缩聚和接枝改性三种方式合成了三种不同类型的低聚物(PMD,MPA,PEPA),利用红外光谱,核磁共振氢
学位
化石燃料的应用使大气中CO2浓度迅速增长,碳排放带来的温室效应等环境问题日益加剧。如何减少CO2排放量成为人类社会的焦点问题,如能将CO2化学转化为高价值化学品,则既能降低大气中CO2浓度,又能利用转化后的产物,从而达到绿色可持续发展的要求。在多种化学固定CO2的方法中,利用非均相催化剂将CO2与环氧化合物进行环加成反应形成环状碳酸酯,是一种高效、原子经济和环境友好的转化方式,但仍存在诸多挑战:(
学位
氢气的高效制取和应用是实现氢能经济的关键技术之一。目前,氢电极反应(Hydrogen oxidation reaction/Hydrogen evolution reaction,HOR/HER)在碱性电解质中速率缓慢且反应机理不明确,优化催化剂表面的活性位点与吸附态氢和含氧物种的结合能是提升碱性HOR/HER性能的有效策略。钌(Ru)作为铂族金属的一员,具有成本较低的优势,被认为是有前景的碱性氢
学位
细胞内过氧化氢(H2O2)与肿瘤的发生和转移关系密切,精准测定细胞体系H2O2含量对肿瘤的预防和诊断具有重要意义。微电极凭借尺寸小和响应迅速等优点,为细胞的电分析研究提供了强有力的工具。研究表明,在微电极表面构筑具有高表面积和高导电性的碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)阵列结构可提高微电极的传感性能。基于此,本文采用金属修饰和元素掺杂策略构建了两种金属-碳纳米管阵列修饰的柔性微
学位