基于三蝶烯的富氮多孔有机材料的合成与应用研究

摘要

富氮有机多孔材料作为有机多孔材料的一种，在具有比表面积大、稳定性高、密度小等优点的同时，由于其结构内掺杂的氮原子极大地增强了材料的表面极性、电导性以及与其他分子的亲合性，在气体吸附与分离、污水处理、非均相催化、超级电容器、有机半导体等领域都表现出了突出的优势。本课题以构建基于三蝶烯的富氮有机多孔材料为目的，使用亚胺缩合、Yamamoto-type Ullmann偶联等合成策略构建了一系列有机微孔材料，并探究了其在不同领域内的应用价值。主要研究内容如下：
　　（1）以六氨基三蝶烯与环己六酮为原料通过亚胺缩合反应构建一类含有六氮杂苯并菲单元（Hexaazatriphenylene,HAT）的富氮有机微孔聚合物HAT-TP，对其结构、物理形貌、热稳定性及孔性能进行常规的物化表征，测量出其BET比表面积达到1224m2g-1。并通过材料在808nm近红外光照射下明显的温度升高证明了其光热效应。
　　（2）将金属锌配位于HAT-TP的多孔结构中得到Zn/HAT-TP，并对比二者的结构及孔性能变化。实验结果显示，Zn/HAT-TP的结构基本与HAT-TP保持相同，没有在锌配位的过程中发生明显变化，但由于配位的锌复合物堵住了部分孔径，相较于HAT-TP，Zn/HAT-TP的气体吸附性能有所减弱（在273K/1bar的环境中，对二氧化碳的吸附量由17.6wt％减少为9.9wt%）。进一步对Zn/HAT-TP催化性能的研究显示其能够在常温常压下以大于99%的产率催化二氧化碳与环氧丙烷反应生成环状碳酸酯，是一类能够同时实现二氧化碳的吸附与固定的材料。
　　（3）以六氨基三蝶烯为原料合成中间单体2，并通过Yamamoto-type Ullmann偶联反应得到另一类富氮有机多孔聚合物NTP，对其结构、物理形貌、孔性能及气体吸附性能进行表征，测得其BET比表面积达到1067m2g-1，在273K/1bar环境中二氧化碳吸附量达到15.2wt%。进一步对其碘吸附性能的研究显示，其对碘蒸气的吸附量可以达到180wt%，高于已报道的大多数碘吸附材料。
　　（4）通过有机合成步骤得到两类三蝶烯衍生物3和4。通过研究证实，由于其能够通过分子与分子之间的氢键作用构建多孔结构，从而具有一定的二氧化碳吸附性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 氮原子掺杂策略

1.3 富氮材料的应用研究

1.4 本文的研究背景、目的与主要研究内容

2 基于三蝶烯的富氮有机多孔聚合物的合成及其光热效应研究

2.1 引言

2.2 实验方案设计

2.3 实验过程

2.4 实验结果与讨论

2.5 本章小结

3 基于三蝶烯的金属配位富氮多孔有机聚合物的合成及催化二氧化碳转化研究

3.1 引言

3.2 实验方案设计

3.3 实验过程

3.4 实验结果与讨论

3.5本章小结

4 基于三蝶烯的富氮多孔有机聚合物的合成及其在气体存储和碘吸附方面的应用研究

4.1 引言

4.2 实验方案设计

4.3 实验过程

4.4 实验结果与讨论

4.5 本章小结

5 基于三蝶烯的富氮氢键有机框架的合成及性能研究

5.1 引言

5.2 实验方案设计

5.3 实验过程

5.4 实验结果与讨论

5.5 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文