硫杂石墨烯分子以及一种新型二维共价有机框架的合成与表征

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多环芳烃一般认为是包含两个及两个以上稠合苯环的π共轭芳烃分子。其性质和功能会随着结构的不同而发生显著的变化,因此可以通过调控多环芳烃的结构实现对其性质和功能的调节。调控其结构的两种重要策略是:增加多环芳烃稠合苯环的数目构建尺寸在1-5 nm之间的多环芳烃—石墨烯分子,在石墨烯分子基础上再引入杂原子,进一步构筑杂原子石墨烯分子;对多环芳烃引入合适的官能团构建聚集前驱体,在合适的反应条件下通过聚合反应就可以构建一种新型材料一共价有机框架(COFs)。杂原子HBC目前是杂原子石墨烯分子中研究最广泛、最全面的一类分子。其中硫杂HBC因其可作为光伏材料应用到太阳能电池中而广受关注。但目前报道的硫杂HBC大多是c-HBC,对硫杂p-HBC报道甚少。为了丰富硫杂 p-HBC的种类,对硫杂p-HBC的结构、性质有更加系统的研究,设计合成硫杂 p-HBC就显得很有必要。我们设计了一种硫杂p-HBC,历经数次尝试,成功合成出了C90H76S3和C66H52S3。并成功培养出了 C90H76S3的单晶,通过单晶发现该分子呈现曲面结构,通过紫外可见吸收光谱研究表明这两个分子不会随着浓度增大而发生聚集作用。对二者的荧光、荧光寿命、绝对荧光量子产率等性质进行了研究,最后通过理论计算研究了二者的HUMO、LUMO及整个分子的电子云分布。芘是一种常见的多环芳烃,由于其具有较高的荧光量子产率、较好的溶解度和活泼的化学活性,因而常常被选择作为构筑COFs的结构基元。但以芘的氧化产物4,5,9,10-四芘酮为结构基元构筑的COFs目前报道的极少,这可能是因为该分子溶解度低、化学功能化活性差导致其构筑COFs的难度大。但是4,5,9,10-四芘酮是含有4个氧原子的多齿配体,能与锂离子配位,促进氧化还原反应的进行,因而以4,5,9,10-四芘酮为结构基元构筑的COFs可作为锂离子电池材料。因此,合成和研究含有这种结构的COFs也很有必要。我们成功合成了以4,5,9,10-四芘酮为结构基元的TPyDB-COF,并通过BET、粉末X-射线衍射、红外、热重等手段对其结构和性质进行了研究。
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