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共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)是一类新兴的由共价键连接的晶型有机多孔材料。无论是2维或3维共价有机框架材料均具有开放且规整的孔道结构、较高的比表面积以及孔道易于修饰的优良特征,自2005年首次报道以来,便引起了广泛关注。经过十余年的研究和发展,COFs材料已成功应用于光电器件、生化感应、药物缓释、气体分离、催化和吸附等领域,并展现出优于其他多孔材料的应用潜能。然而,COFs材料在这些方面的应用无一例外均是基于该材料的原始粉体形貌(Powder Morphology),导致无法充分发挥COFs材料规整孔道的性能。本论文旨在通过调控COFs的微观形貌来强化COFs孔道对客体分子的相互作用和筛分能力,进一步将其分别应用于药物负载来加强对药物的控释效果和非均相催化以提高催化反应的选择性和稳定性,主要内容包括以下三方面:(1)烯醇-酮式互变异构型COFs中空球的制备、调控与表征:以Si02微球为模板,通过APTES表面胺基化改性以提供COFs构筑基元分子的-NH2锚定位点,经Layer-by-layer生长法得到COFs晶种,随后采用溶剂热二次生长获得Si02@COFs核壳(core-shell)结构,再采用HF蚀刻去除Si02模板从而获得COFs中空球。实验中,采用1,3,5-三醛基均苯三酚(Tp)基元分别与对苯二胺(Pa)和联苯胺(BD)基元发生席夫碱反应,成功合成孔径为1.8 nm的TpPa和2.3 nm的TpBD COFs中空球。进一步,通过Stober法制备了具有不同尺寸的Si02模板微球,从而合成了粒径为400 nm、500 nm和600 nm的TpPa COFs中空球系列材料。(2)TpPaCOFs中空球(HS)对小分子药物控释性能研究:采用简单浸渍法,将小分子药物5-氟尿嘧啶(5-Fu)负载于TpPa COFs中空球内。热重曲线显示,TpPa COFs中空球对5-Fu的负载率达到38.5%。在模拟体液环境中进行释放速率测试,结果表明TpPa COFs HS对5-Fu具有一定的缓释效果。pH响应测试结果表明,随着pH降低,5-Fu@TpPa COFs具有更快的药物释放速率。为了提高TpPa COFs与药物分子的相互作用从而强化药物的缓释效果,进一步通过浸渍法,将5-Fu负载于氨基改性的介孔中空SiO2球内,经30次Layer-by-layer循环,在负载5-Fu的Si02中空球核表面包覆TpPa COFs壳层。在模拟体液环境中对5-Fu@SiO2和5-Fu@Si02@TpPa COFs进行释放速率测试,结果表明5-Fu@SiO2无明显缓释效果,而5-Fu@Si02@TpPa COFs具有优良的缓释效果和pH响应能力。(3)(Pd/C)@TpPaCOFs核壳结构微球的Suzuki反应催化性能研究:以软模板法制得的核壳结构(Pd/C)@Si02为模板,通过APTES表面改性,为COFs生长提供-NH2活性“锚点”,经5次Layer-by-layer生成晶种后,再利用溶剂热二次生长TpPa COFs壳层,利用HF刻蚀去除Si02,制得(Pd/C)@TpPa COFs核壳结构。EDS测试结果显示,通过改变Pd(N03)2的添加量,(Pd/C)@TpPa COFs中催化剂钯的含量可在3-20%范围内进行调控。常温水体系的Suzuki偶联反应测试表明,在(Pd/C)@TpPa COFs催化作用下,溴苯与邻甲基苯硼酸、间甲基苯硼酸和对甲基苯硼酸的反应转化率依次为14.5%、57.3%和33.5%。而常规的Pd/C催化剂对对溴苯与邻甲基苯硼酸、间甲基苯硼酸和对甲基苯硼酸反应的催化转化率依次为10.4%、88.0%和82.0%。结果表明由于TpPa COFs外壳的存在,使得(Pd/C)@TpPa COFs在Suzuki偶联反应中,对反应活性相近的间甲基苯硼酸和对甲基苯硼酸展现出了一定的择形选择性。在稳定性测试中,(Pd/C)@TpPa COFs在未经特殊处理情况下,对溴苯与苯硼酸连续5次的反应催化转化率均保持在60-70%之间,展现出了良好的稳定性。综上所述,本论文旨在充分发挥COFs材料规整孔道结构性能,采用模板法成功制备了一系列不同粒径和孔径的晶性COFs中空球,并初步探究了其在药物控释和Suzuki催化中的应用性能,实现了药物控释效果的增强和Suzuki反应催化选择性和稳定性的提高,为拓展COFs材料的应用领域提供了新思路。