基于多组分反应的共价有机框架材料的构筑与性能研究

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共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)是一类以有机小分子为构筑单元、通过共价键组装而成的新型晶态多孔聚合物材料,也被称为“有机沸石”。高度有序的孔道结构、良好的化学稳定性和可调的功能等优点,使得COFs材料在多相催化、吸附分离、生物医用等领域均展现了巨大的应用前景。然而,研究最为广泛的亚胺型COFs材料是基于动态共价键策略组装而成,往往存在化学稳定性差的缺陷,限制了其在强酸、强碱、还原性体系等相对严苛条件下的高效应用。因此,发展基于多组分反应(简称MCR)的化学稳定性COFs材料合成方法学,将具有重要的理论意义和实用价值。本文分别利用Povarov和Kabachnik-Fields反应,制备了两类具有喹啉和α-氨基膦酸酯循环节点的高稳定性COFs材料,并探索了其在多相催化、重金属离子吸附及抗菌方面的应用:Ⅰ.利用三组分原位Povarov反应协同合成后修饰,制备了含有咪唑磺酸离子液体结构基元的喹啉连接的COFs材料(简称COF-IM-SO3H)。该COFs材料作为Br?nsted酸,能够在无溶剂条件下高效催化Biginelli反应,并展现了优异的可循环利用性。在此基础上,将COF-IM-SO3H与壳聚糖进行复合,以冰模板法实现了COF基复合气凝胶催化材料(80wt%COF-IM-SO3H)的简易制备,并以其作为固定床催化反应器,实现了其对Biginelli催化反应的百倍放大。Ⅱ.利用三组分原位Kabachnik-Fields反应,在室温条件下制备了含有卟啉结构基元的α-氨基膦酸酯连接的COFs材料(简称APCOF-1)。由于α-氨基膦酸酯生物活性基团与卟啉光敏剂的共存,APCOF-1展现了良好的光驱动抗菌活性。另一方面,α-氨基膦酸酯具有强大的螯合能力,可以从模拟污水中捕获Cd(II)等多种重金属离子。此外,制备了基于APCOF-1@chitosan复合气凝胶(50 wt%APCOF-1)的螺旋管状流经式污水净化装置,以实现自然光驱动的规模化去除危险物质。
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