四苯基甲烷共价有机框架材料对气态碘的吸附

为获得高效稳定的气态碘吸附材料,以四苯基甲烷作为醛基单体,分别与4,4’-二氨基三联苯和2,6-二氨基蒽在水热条件下合成了共价有机框架材料(COFs)DpTp-COF和AnTp-COF,合成的材料能够在400℃保持结构稳定,DpTp-COF和AnTp-COF的比表面积分别达到了955 m^(2)/g和786 m^(2)/g。实验条件下DpTp-COF和AnTp-COF对气态碘的最大吸附容量分别为4.75 g/g和4.95 g/g,吸附过程符合准二级动力学方程。吸附碘的COFs材料可以用乙醇实现碘的脱附,经过四次吸附-脱附循环后DpTp-COF和AnTp-COF的最大吸附容量分别降低了19.36%和24.85%。对吸附碘的DpTp-COF和AnTp-COF进行拉曼光谱和X射线光电子能谱表征,发现碘主要以I_(3)^(-)和I_(5)^(-)形式存在于两种材料上,表明COFs材料和碘分子之间发生了电荷转移。

基于共价有机框架材料的QCM二氧化碳气体检测系统

为了实现人居环境下高精度二氧化碳气体检测,设计了一种基于共价有机框架材料COF-5的石英晶体微天平(QCM)二氧化碳气体传感器及检测系统。分析了QCM质量灵敏度分布原理并进行了有限元仿真分析,利用超声法合成敏感材料,采用滴涂法制备基于金电极的QCM二氧化碳气体传感器,并设计了一种基于FPGA的二氧化碳气体检测系统。实验测试结果表明:开发的二氧化碳气体传感器及检测系统在二氧化碳气体浓度为2000~5000 ppm下表现出良好的线性响应,拟合曲线相关系数为0.988,系统灵敏度为0.034 Hz/ppm,响应时间为32 s,恢复时间为20 s,表现出良好的动态响应性能,系统最大绝对误差小于±25 ppm,且系统具有较好的重复性及选择性。

共价有机框架材料的制备及其对水体中刚果红的吸附性能研究

为了降低水体中刚果红(CR)的污染水平,采用溶剂法在室温常压下合成了一种巯基修饰的共价有机框架材料(COFs-TFB),以不同的反应条件为考察对象进行吸附实验,研究其吸附CR的性能。通过现代化技术手段对所合成的材料进行表征。实验结果表明,COFs-TFB材料对CR的吸附速度快,适于在酸性条件下进行;COFs-TFB材料对CR的吸附表现出优先选择吸附性,且重复利用性较好;在CR初始浓度为900 mg/L时,对CR的饱和吸附量为2124.6 mg/g;对CR的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附线模型,为单层化学吸附过程。因此,合成的COFs-TFB材料在吸附水体中刚果红领域具有良好的应用前景。

乙烯基共价有机框架材料研究进展

共价有机框架(COFs)是一类基于共价键连接的多孔晶态有机聚合物,因其结构的多样性和丰富的功能化位点使得其在诸多领域展现出良好的应用潜力。然而基于可逆共价键设计的COFs材料有限的化学稳定性限制了此类材料的进一步应用。近年来,由于化学稳定性的提升,基于C=C双键构筑得到的乙烯基COFs(V-COFs)逐渐成为研究热点。本综述旨在通过系统总结此类新兴V-COFs材料的合成方法和应用情况,深入分析其研究进展,对V-COFs材料的未来发展提出展望。

高稳定磺酸化三维共价有机框架材料的设计构筑及其对U(Ⅵ)的吸附

从废水中分离回收U(Ⅵ)对放射性环境治理以及核工业发展具有重要意义。随着共价有机框架材料(COFs)的不断发展,越来越多的COFs材料被用于放射性核素的吸附分离。然而对于三维共价有机框架材料(3D-COFs)而言,由于分子构筑单元及拓扑连接方式有限,使得其在性能和应用上受到诸多限制。本工作运用键转化与后接枝相结合的方法,制备一种基于胺键的磺酸功能化3D-COF材料(COF-320-H_(2)SO_(3))用于水溶液中U(Ⅵ)的吸附去除。通过多种表征手段对其结构和性质进行了表征,并系统研究了COF-320-H_(2)SO_(3)对U(Ⅵ)的吸附行为。研究结果表明:亚胺键向胺键的转化显著提升了COFs材料的化学稳定性,同时具有亲水性和强配位能力的磺酸基的引入使材料对U(Ⅵ)吸附能力明显增强,即使在3 mol/L的HNO3条件下,对U(Ⅵ)的吸附容量仍保持在40 mg/g以上。本工作进一步展示了COFs材料特别是3D-COFs材料在分离放射性金属离子方面所展现的潜在应用价值。

共价有机框架材料磁性固相萃取结合高效液相色谱-串联质谱法检测茶叶中黄曲霉毒素

建立了一种基于共价有机框架材料的磁性固相萃取(magnetic solid phase extraction,M-SPE)结合高效液相色谱-串联质谱(high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)方法,用于茶叶中4种黄曲霉毒素(aflatoxins,AFs)的高效测定。样品经过乙腈、水和冰醋酸按8.0∶1.9∶0.1(V/V)提取、离心、M-SPE和过滤,净化后滤液经正离子模式测定,并用HPLC-MS/MS法进行定量。建立的4种AFs分析方法在0.05~50μg/L范围内线性良好,决定系数R2>0.9992,加标回收率在67.6%~103.7%之间,日内、日间精密度均小于9.24%,方法检出限为0.01~0.06μg/kg,定量限为0.05~0.20μg/kg。本研究制备的共价有机框架材料对AFs吸附能力强,开发的M-SPE-HPLC-MS/MS适用于茶叶中AFs的快速、高灵敏、准确检测。

卟啉基共价有机框架材料的电化学应用探究

共价有机框架材料(COFs)是一类新型的结晶多孔聚合物,具有孔隙高、活性位点丰富、框架结构可调等特点,广泛应用于催化、储能、气体吸附及光电子等领域。其中卟啉基COFs因具有独特的共轭π电子结构,可促进激发态电子的传输,因此在电催化领域有重要的应用。主要介绍了卟啉基COFs的合成策略及其在析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和超级电容器的应用,并结合目前研究中存在的问题,提出了卟啉基COFs今后在电催化及储能领域的挑战和发展方向。

共价有机框架材料复合聚氨酯涂层的性能研究

针对Q235钢的腐蚀问题,以1,3,5-三甲酰基间苯三酚(Tp)和对苯二胺(Pa)为原料,通过溶剂热法制备了一种共价有机框架材料TpPa,将其作为纳米填料加入水性聚氨酯(WPU)中制备复合涂层。通过红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜对TpPa的化学结构和微观形貌进行分析,同时使用电子万能试验机和电化学工作站测试了复合涂层的力学性能、防腐性能。结果表明:TpPa具有独特的花球状形貌,将其添加到WPU涂层后,复合涂层的吸水率可由26.7%下降至12.1%;当TpPa的质量分数为4%时,复合薄膜的拉伸强度可达26.8 MPa;TpPa还可以提高涂层的致密性进而增强WPU的防腐性能,其中,在3.5%的氯化钠溶液中浸泡3 d后,2%TpPa/WPU复合涂层的低频阻抗值可达5.6×10^(8)Ωcm^(2),比WPU涂层高出一个数量级。

高晶体质量共价有机框架材料研究

高晶体质量共价有机框架材料(COFs)是一类备受瞩目的新兴材料,其发展趋势在当今的材料科学和应用技术领域引发了各国的广泛兴趣。在一个面临资源稀缺和环境挑战的时代,COFs的可控性合成、多功能性设计和跨学科应用为未来材料研究提供了新的方向,这些材料通过其多孔结构、电化学性能和光学性质等方面的独有特性,成为能源存储、传感技术、医疗应用、环境保护等领域的潜在解决方案。文章基于高晶体质量共价有机框架材料的定义和性质特点,研究高晶体质量共价有机框架材料的制备方法,探讨了高晶体质量共价有机框架材料的发展趋势,以便更好地理解高晶体质量共价有机框架材料的未来发展方向,促进其在各种领域的应用和研究。

共价有机框架材料在环境修复领域中吸附有机污染物的研究进展

共价有机框架(COFs)是一类由轻质元素通过共价键连接的具有周期有序的新兴多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙可调、热稳定性高、结构易修饰等特点,是环境修复领域中吸附去除有机污染物的理想材料。本文主要综述了近年来氮基键、离子型、接枝官能团、手性、复合功能化五种不同类型COFs材料吸附去除药物、农药、染料、工业副产物等有机污染物的研究进展。首先,从COFs拓扑结构和孔壁化学环境两个角度揭示了COFs材料捕获有机污染物有效路径,分类讨论了其吸附机理机制;接着,分析了五种不同类型COFs材料的具体合成路径及其吸附应用效果,并简要归纳了相应性能指标参数;最后,针对目前COFs材料在环境修复领域中工业化大规模生产面临的实际问题提供了一些建议,总结了“自下而上”、“后合成”两种策略调控COFs高效吸附与特异性选择相匹配面临的挑战,并指出基于构效结合思维获得性能良好的COFs材料仍任重道远。

3种不同席夫碱型共价有机框架材料的制备及亚甲基蓝吸附性能的研究

用溶剂热法制备3种不同席夫碱型共价有机框架(COFs)材料(TpPa-1、TpPa-NO_(2)和Tp MA),采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线粉末衍射(XRD)对COFs的微观形貌和组成进行表征,并研究其对亚甲基蓝(MB)的吸附性能。开展了吸附动力学、吸附等温线和环境影响因素对吸附性能影响的研究。结果表明:3种COFs对MB的吸附过程均遵循伪二级动力学模型(R^(2)>0.98),这表明COFs对MB的吸附是化学吸附过程。TpPa-NO_(2)对MB具有最佳吸附性能,且其吸附等温线遵循Langmuir模型,其饱和吸附容量高达7799.28 mg·g^(-1)。该吸附过程具有较强的p H值依赖性,碱性条件有利于其吸附过程,而离子强度对其吸附过程无显著影响。研究表明Tp Pa-NO_(2)是一种经济高效的吸附材料。

共价有机框架材料用于光催化产H_(2)O_(2)研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))作为一种环境友好型材料近年来备受关注,光催化作为一种潜在的技术用于H_(2)O_(2)生产时,不仅可以方便地将太阳能转化为化学能节约能源,而且在环境治理方面具有重要作用。与传统催化剂相比,共价有机框架(COFs)材料作为一种有机光催化剂,在可见光捕获、多孔结构、光化学稳定性和疏水性等方面具有明显的优势,其多孔结构不仅为催化反应提供了丰富的活性位点,还可以在多次循环后保持原始结构。更重要的是COFs材料设计的灵活性和合成方法的多样性,不仅可以预先设计明确的功能化结构用于光催化反应,还可以修饰功能化基团用于提高性能。介绍了光催化产H_(2)O_(2)的反应机理及检测H_(2)O_(2)的常用方法,综述了COFs材料在光催化产H_(2)O_(2)方面的优势以及提高COFs材料催化性能的方法。

基于联吡啶共价有机框架材料纳米片的插层结构设计及其在锂硫电池中的应用

以单质硫为正极材料的锂硫电池(LSBs),因其高的理论比容量和能量密度,在储能领域中受到广泛地关注。然而,LSBs在充放电过程中会产生可溶性多硫化物(LiPSs),LiPSs在电极之间的穿梭效应会导致电池容量快速衰减,从而阻碍LSBs的实际应用。为了有效地抑制LiPSs在LSBs中的穿梭效应,设计合成了一种基于联吡啶共价有机框架(COFs)材料的纳米片(Tp-Bpy),并将其用作LSBs的多功能插层。Tp-Bpy纳米片得益于联吡啶中均匀分散的氮位点的强吸附和催化活性,以及其纳米结构可提供更多活性位点等特性,能够很好地吸附LiPSs,并对LiPSs进行催化转化,从而抑制LiPSs的穿梭效应。Tp-Bpy纳米片插层在LiPSs氧化还原反应过程中具有更快的转化动力学,以及降低液固转化过程的电化学极化特性。相较于未修饰的传统聚丙烯(PP)隔膜,Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs倍率性能和循环稳定性得到明显提升。实验结果表明,以Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs,在0.1 C下的放电初始容量可达1223 mAh∙g^(−1),在1 C下循环500次后的放电比容量仍有452 mAh∙g^(−1),单圈衰减率低至0.093%。Tp-Bpy纳米片插层材料已成为解决LSBs中LiPSs穿梭效应的主要研究方向之一,本研究为开发新的多功能插层提供了理论支撑。

新型磁性共价有机框架材料的合成及其应用研究进展

为解决共价有机框架(COF)材料分散度高、不易从水中分离这一问题,将磁性基质与COF材料结合起来,一类新型的、易分离的磁性共价有机框架(MCOF)材料近年来被研发、合成并应用。总结了MCOF材料的合成方法如共价聚合合成、溶剂热合成、机械化学合成以及浸渍沉淀合成等方法;MCOF材料在常见有机污染物和无机污染物中富集处理以及MCOF材料与色谱分析相结合等方面等的应用;并对未来MCOF材料的研究方向做出了展望,指出MCOF作为一种新型的复合材料有着良好的应用性能,对进一步深入研究MCOF的应用具有很好的参考价值。

磁性共价有机框架材料的合成及其对吡嘧磺隆富集性能研究

为解决含除草剂废水中吡嘧磺隆污染物的去除问题,采用水热法制备磁性共价有机框架材料(Fe_(3)O_(4)@TpBD)纳米粒子,应用于磺酰脲类除草剂中吡嘧磺隆的富集性能研究。试验采用傅立叶红外光谱、X-射线衍射、热重分析以及扫描电镜等对其形貌进行表征。结果表明:制备出的Fe_(3)O_(4)@TpBD纳米粒子,在pH=3的乙腈作为洗脱剂条件下,采用乙腈和水作为流动相,通过梯度洗脱探究出其对吡嘧磺隆的富集效果。

亚胺型共价有机框架材料制备及荧光增强检测Al^(3+)研究

以2,5二甲氧基对苯二甲醛和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪为原料,通过溶剂热法制备出亚胺类共价有机框架材料DmaTAPT。采用X-射线粉末衍射、C13固体核磁等方法对其结构进行表征,考察其在荧光检测Al^(3+)中的应用并对检测机制进行研究。结果表明,基于光生电子转移荧光增强机制,对Al^(3+)检测限为1.82×10^(-5)mol/L,可以作为荧光传感器实现对Al^(3+)的高效检测。

基于共价有机框架材料TpPa-NH_(2)-Glu的高效液相色谱固定相用于分离手性化合物

共价有机框架材料(COFs)是一类由多齿有机单元通过共价键连接而成的新兴孔晶体材料。通过合成后修饰所得到的COFs通常具有较高的结晶度与孔隙率,并且在手性拆分、不对称催化与色谱分析等领域具有良好的应用价值。该文用1,3,5-三甲醛间苯三酚与2-硝基-1,4-苯二胺合成TpPa-NO_(2),对其还原得到TpPa-NH_(2),然后通过合成后修饰策略将D-葡萄糖修饰到该材料上,得到手性材料TpPa-NH_(2)的D-葡萄糖衍生物(TpPa-NH_(2)-Glu)。利用“网包法”将其固载在球形硅胶表面用作高效液相色谱固定相并制备了液相色谱柱,分别以正己烷-异丙醇(9∶1,v/v)或甲醇-水(9∶1,v/v)为流动相,流速0.5 mL/min,成功拆分了16种包括多个手性药物的外消旋体和2种苯系位置异构体o,m,p-硝基苯胺和o,m,p-碘苯胺。在甲醇-水(9∶1,v/v)流动相条件下,拆分了5种外消旋体,其中盐酸普萘洛尔、华法林、美托洛尔达到了基线分离;在正己烷-异丙醇(9∶1,v/v)流动相条件下,拆分了11种外消旋体,其中2-溴丙酸乙酯、3-丁炔-2-醇达到了基线分离。此外还探究了温度对TpPa-NH_(2)-Glu液相色谱柱的影响以及TpPa-NH_(2)-Glu液相色谱柱的重复性,结果表明,温度对TpPa-NH_(2)-Glu所制备的高效液相色谱柱影响不大,且TpPa-NH_(2)-Glu所制备的高效液相色谱柱具有良好的重复性,其相对标准偏差(RSD)分别为1.55%和1.46%。实验结果表明,TpPa-NH_(2)-Glu对手性化合物有良好的拆分能力。

功能化共价有机框架材料对水体中汞离子的吸附性能研究

引入氨基和巯基等官能团对共价有机框架材料(COFs)表面进行设计,制备功能化COFs材料并应用于水体中的汞离子吸附,采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等仪器对材料表面结构进行表征;使用原子荧光光度计测定吸附后水体中汞离子浓度,并采用吸附等温线和动力学模型对试验数据进行拟合,探究该材料在不同条件下的吸附性能。实验结果表明:在初始浓度为600 mg·L^(-1)时,吸附量达到最大值587.6 mg·g^(-1);在吸附时间为1 min时可到达平衡状态;在pH值为1~10时,吸附率在95%以上;在多种重金属离子共存的水体中,COFs材料对水体中汞离子的吸附率可达到66%。吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线,主要表现为容易进行的化学吸附。因此,COFs材料在吸附和分离水环境中的多种金属离子方面具有良好的发展潜力。

共价有机框架材料功能化策略及其对Hg(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能研究进展

共价有机框架(COFs)是一类新兴的多孔晶体聚合物材料,具有出色的结构规则性、高度有序的孔径大小、固有的孔隙率、巨大的比表面积、丰富的活性官能团,使其成为吸附水体中各种污染物的理想材料。本文从COFs的拓扑结构设计和孔隙结构设计角度出发,梳理了COFs结构设计要点,而后分析了侧基功能化、官能团转换和骨架功能化等COFs功能化策略,重点阐述了含N、S、O、Fe(0)、Ag(0)等活性官能团、金属/非金属节点对COFs多孔性、水稳定性、吸附性的影响,而后介绍了COFs在去除重金属离子方面的研究进展,详细介绍了COFs对水中典型重金属离子Hg(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能,并结合密度泛函理论阐述COFs去除水中重金属离子的作用机理。最后,总结了COFs的功能化策略及功能化COFs作为高性能吸附剂的技术优势,并分析了目前存在的问题,展望未来发展方向,以期对COFs的制备与应用提供参考。

双功能单体改进二维共价有机框架材料的光催化析氢性能

本研究报道了一种新的三组分合成策略,可以用来提高二维共价有机框架材料(covalent organic frameworks,COFs)的光催化析氢活性.4-氨基苯甲醛(4-aminobenzaldehyde,ABA)既含有氨基又含有醛基,可以作为连接单元和调节剂改变COFs的晶体结构、提高其比表面积和改善晶型.光催化析氢实验表明,COFs骨架中ABA的共价整合,使三组分COFs的光催化析氢效率显著高于不含ABA的双组分COFs催化剂,其中Tp-ABAx-TAPB COF光催化析氢速率比Tp-TAPB提升了14.3倍.机理研究表明,ABA结构有效调节了材料的光学带隙大小,增强了COFs光生载流子的分离和迁移效率.