论文部分内容阅读
共价有机骨架材料（Covalent Organic Frameworks,COFs）是一种新型的结晶多孔聚合物,它将有机结构单元精确地结合到周期性的框架中。由于COFs材料具有规则的孔隙结构,高比表面积和可调谐的化学性质,在光电、催化和药物传导等多个领域得到广泛研究。过去的十年中,大量的二维（Two-Dimensional,2D）COFs被合成。相比之下,很少获得三维（Three-Dimensional,3D）COFs,并且3D COFs的功能化仍然大部分未被探索。3D COFs孔道的官能化是一种预先确定性能,并通过直接方式提供结构和各种应用的化学精确平台。然而,由于在3D COFs中引入活性官能团是非常困难的,迄今为止报道的几乎所有的3D COFs都没有像羟基这类的官能团。因此,与已经通过后合成修饰的沸石和金属有机骨架材料（MOFs）相比,3D COFs的功能化修饰被认为是一种巨大的挑战。本论文详细阐述了通过3D羟基COF后合成修饰制备含有3D羧基官能化COF的整体策略。羰基官能化的COF,也就是3D-COOH-COF,主要通过开环反应的原理制备。将四-（4-酰基苯基）甲烷（TFPM）设计为四连接结构单元,3,3’-二羟基联苯胺（DHBD）设计为理想的含有羟基官能团的二连接结构单元。TFPM与DHBD缩合,形成含有羟基的3D-OH-COF。然后通过3D-OH-COF中的羟基官能团与丁二酸酐（SA）发生开环反应,得到3D-COOH-COF。制备的3D COF显示良好的结晶度,高化学稳定性和大的比表面积。通过朗格缪尔吸附等温线和IAST计算,羧基官能化的3D-COOH-COF显示出优异的镧系元素(Nd3+)选择性。XPS和固态NMR测试结果验证了Nd3+离子与含有羧基官能团的3D-COOH-COF之间强烈的选择性相互作用。可回收性实验表明,多次吸附-解吸循环会小程度上降低3D-COOH-COF的吸附能力。据我们所知,这是第一次将3D COFs应用于选择性吸附金属离子。总之,本论文详细阐述了一种通过功能化后修饰3D COFs的方法,并对其进行表征及应用探究。这项研究不仅开发了一种简单而有效的3D COFs功能化的通用方法,而且还将功能化的COFs材料应用推广到与环境保护相关的领域。