共价有机框架负载钯催化Suzuki偶联的研究进展

共价有机框架是一类通过共价键连接有机分子而构建的多孔结晶聚合物。这些材料具有高度有序的结构,并且拥有永久性孔隙,因此在气体存储、分离、催化以及光电器件等多个领域有着广泛的应用前景。Suzuki偶联反应作为有机合成化学中构建碳-碳键的高效手段之一,长期依赖于将贵金属钯作为经典催化剂。但传统的均相钯催化剂面临回收难、重复利用性差、与反应产物难以分离等挑战,使用共价有机框架负载钯催化剂则有望解决上述问题,因此受到广泛关注。本文综述了近年来共价有机框架负载钯催化剂在Suzuki偶联反应中的研究进展,同时对其发展前景进行了展望。

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。

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。

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。

共价有机框架材料的热导和热电应用研究进展

共价有机框架(COF)材料是一类由质量较小的原子(C、B、N、O等)通过共价键连接形成的周期性规整多孔材料,其因具有可调节的热导率而适用于多种热相关应用。高热导率的COF材料可用于器件散热器等热管理模块,而低热导率的COF材料可以利用热电效应将温度梯度转化为电压,从而提供能源。本文讨论了孔径大小、结晶状态、温度、气体吸附等因素对COF材料热导率的影响规律,综述了目前COF材料的热导率数值范围和近年来利用COF材料导热或者绝热性质以及热电性质的应用研究工作,最后对COF在热导方面的发展方向进行了总结和展望,希望能为COF材料热导和热电相关应用的进一步发展提供参考和启发。

离子型共价有机框架材料的合成及其在环境修复应用的研究进展

离子型共价有机框架(ionic covalent organic frameworks,iCOFs)材料是框架内或孔道中带有电荷的共价有机框架(COF)材料.除了具有低密度、易于调节的孔道结构、比表面积大、优异的热稳定性和化学稳定性等传统优点外,其内部的离子基团作为作用位点能与电性相反的基团结合,从而在质子传导、催化、生物医学等领域展现出巨大的应用价值.尤其在环境修复领域,iCOF已被广泛应用于去除有机污染物、放射性核素和重金属等污染物.本文从iCOF的结构与合成方法出发,综述了其对环境污染物的选择性吸附,并对相互作用机理进行探究,最后对研究前景进行展望.

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。

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。

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。

调控共价有机框架供-受体促进光催化水析氧

为探究电子供体-受体结构对共价有机框架(COFs)材料光催化性能的影响,以N,N'-对乙腈苯基-1,4,5,8-萘二酰亚胺(NBA)为基础构筑单体,分别与供电子的三(4-甲酰基)苯胺(N-CHO)、吸电子的1,3,5-三(4-甲酰苯基)三嗪(TFPT)脱水缩合,构筑了由C=C连接的NN-COF和NT-COF。采用XRD、FTIR、^(13)CNMR、XPS、SEM、TEM、EDS和紫外光电子能谱(UPS)表征了两种COFs材料的结构、形貌和光电性能,并测试其光催化水分子氧化反应(OER)性能。结果表明,与NN-COF相比,NT-COF中三嗪单元的吸电子能力和高度平面性使其具有更紧密的层间π-π堆积、更宽的可见光吸收范围和更强的光生载流子产生能力;Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O作为助催化剂添加后,NN-COF和NT-COF在连续6 h内平均析氧速率分别为303.73和449.53μmol/(g·h);NT-COF中相对缺电子的萘酰亚胺单元更有利于光生空穴在其杂原子上的积累,从而更高效地催化水分子OER的进行。

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。

共价有机框架材料负载贵金属钯对苯乙炔的催化加氢研究

采用“浸泡还原”法制备了Pd0@COF-SO3H催化剂,并通过红外光谱、透射电镜、X射线光电子能谱、热重分析等分析手段对其进行表征;考察了反应时间、反应温度等因素对苯乙炔选择性加氢性能的影响;探讨了该催化剂对苯乙炔选择性加氢反应的催化机理,并对其稳定性和重复使用性进行了评价。结果表明,在压强为105 Pa、温度为25℃和反应时间为20 min条件下,当苯乙炔转化率为97.58%时,苯乙烯的选择性为92.43%。同时,该催化剂在4次循环实验后,苯乙炔的转化率和苯乙烯的选择性变化不大,制备的材料结构没有发生变化,材料稳定性好。Pd0@COF-SO3H中0.65 nm Pd纳米颗粒为催化提供了更容易获得的活性位点,同时增强了金属与载体之间的相互作用,从而提高了苯乙烯的选择性。

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。

共价有机框架-杂多酸复合材料用于非均相催化烯烃环氧化

共价有机骨架是一种结晶性多孔材料,在非均相催化方面有着巨大的应用潜力.本文利用缺电子结构萘二酰亚胺(NDI)的衍生物作为单体,合成了一种新型功能性共价有机框架材料COF-FL-2.COF-FL-2具有较大的孔径和良好的吸附性能,骨架上的NDI结构能通过π-阴离子作用与杂多酸形成稳定的功能性复合材料.通过将磷钨酸(PTA)负载在COF-FL-2上,进一步制备了一种新型杂化杂多酸基复合物PTA@COF-FL-2.PTA@COF-FL-2对以过氧化叔丁醇(t-BuOOH)为氧化剂的烯烃环氧化反应表现出高的催化活性,可以在温和的条件下将环辛烯和1-辛烯环氧化成相应的环氧化物.PTA@COF-FL-2具有出色的稳定性,在反应条件下可长期使用,使用时无PTA浸出现象.此外,PTA@COF-FL-2回收非常方便,可以多次循环使用.

共价有机骨架材料在光催化应用中的最新进展

共价有机骨架(COFs)是具有高表面积和稳定孔隙率的结晶共价聚合物。COFs材料表现出许多突出的特性,如高比表面积和孔隙率、高的化学稳定性和热稳定性、结构易调控等。这些特殊的优势使COFs材料在光催化方面表现出显著的性能。此外,通过离子掺杂和异质结的形成,可以显著提高COFs材料作为光催化剂的活性。本文综述了COF基材料在光催化体系中的最新研究进展。首先,对COFs的制备方法进行了分析和比较。此外,还介绍了COFs基材料光催化反应的基本原理以及光催化制氢、CO2还原、染料降解、有机转化等方面的最新研究进展。

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。

基于共价有机框架的单位点光(电)催化材料的研究进展

共价有机框架材料(COFs)是由有机单元通过共价键连接而成的晶态多孔有机聚合物.因其具有长程有序、高表面积和结构可预先设计等特点,为解决日益严重的环境和能源问题提供了新兴的材料平台,在光(电)催化领域得到广泛关注.负载型单位点催化剂具有最大的金属原子利用率和明确的活性中心,对提高原子利用效率、揭示催化反应机制和提升催化性能等具有重要意义,成为近年的科研前沿.基于单位点催化和COFs材料的独特优势,利用COFs材料作为支撑材料锚定高度分散的单位点,如单个金属离子、单原子、单个活性位点或金属团簇等,设计和制备基于COFs的单位点光(电)催化材料成为当前催化科学领域的研究热点之一.近年来,国内外研究人员在设计合成COFs基单位点光(电)催化材料方面取得诸多重要进展.本文综述了COFs基单位点光(电)催化材料的结构特点、设计原则、催化机理及其在光-电催化领域的应用.总结了COFs基单位点材料在光(电)催化应用方面的基本依据和适用光(电)催化的COFs材料的一般合成方法,讨论了COFs基单位点光(电)催化材料的设计原则及优缺点.概述了COFs基单位点光(电)催化材料在光催化分解水、光催化制备H_(2)O_(2)、光催化CO_(2)还原、光催化N_(2)还原、光催化降解污染物、光催化有机转化及电催化分解水、电催化CO_(2)还原、电催化产氧、氧还原和N_(2)还原等领域的最新研究进展,并着重介绍了催化机理.此外,介绍了COFs基单位点光(电)催化材料常用的先进原位表征技术,如原位红外和原位X射线光电子能谱,并对其他先进的原位技术如原位X射线吸收光谱和原位电子顺磁共振光谱等在COFs基单位点催化中的应用进行了展望.总结了理论计算在揭示COFs基单位点光(电)催化材料催化活性来源中的重要作用,并提出用于光催化和电催化的修饰策略.同时指出COFs基单位点材料在光(电)催化领域所面临的挑战和未来的发展机遇.综上,期望本文为COFs基单位点材料在光(电)催化领域的应用提供一些借鉴.

共价有机框架修饰聚苯胺纤维膜材料制备与电化学传感检测Pb^(2+)

Pb^(2+)是一种较常见的重金属污染物,对人体免疫力和中枢神经系统危害极大。因此,开发出高灵敏性、有选择性的Pb^(2+)检测方法具有重要的意义。以静电纺丝法制备出的聚苯胺纤维为基质,利用后修饰法在聚苯胺表面复合生长聚酰亚胺类共价有机框架材料(COFs),从而得到复合电极材料。基于具有良好导电性的聚苯胺基底与具有多孔结构和有机功能基团的共价有机框架材料的协同作用机制,复合电极材料实现对Pb^(2+)的选择性电化学检测,检出限为1.55 nmol/L。该方法为拓展COFs材料的在电化学检测中的应用提供一种新的思路和方法。