1. 研究目的与意义
cofs是一类通过拓扑图指导聚合物生长以及单体间的几何匹配来实现可完全预设计的聚合物。这种分子设计原理与线性聚合物(linearpolymers)、超支化聚合物(hyperbranchedpolymers)、交联聚合物(cross-linkedpolymers)和生物聚合物(biopolymers)完全不同，将我们对一级和高级结构的预设计能力提高到了前所未有的水平。cofs具有独特的构象和形态，可产生受限的分子空间和界面，可与光子、电子、空穴、离子和分子等相互作用，从而为结构设计和功能开发创造新的分子平台。
2005年，yaghi课题组首次通过芳香硼酸类化合物合成了cof-1和cof-5，两种类马蜂窝状且有结晶性的多孔有机材料。自此，开始了共价有机骨架材料的研究。过去十年里，cofs领域的发展不断提高了分子设计的自由度，并将其从结构设计稳步转移到功能设计领域。cofs具有坚固的结构，具有高孔隙率、热稳定性和化学稳定性，可以在这些框架上进行有机和无机反应而不会失去其孔隙率或结晶度。然而，合成的cofs几乎都为不溶性固体，这种有限的可加工性极大地限制了cofs的应用范围。最近，包括微流体系统和胶凝介导3d打印在内的新合成方法的开发为探索可加工cofs开辟了途径。近年来，分子有机结构单元具有可精确组装的特点引起了人们的关注，这是一类通过可逆共价键构成结晶型多孔框架材料，也正是因为其可逆的成键方式，使得其结晶度较低，cof材料的框架形状是由结构单元的大小、对称性、连通性共同决定的，cof材料可根据“网状化学”的拓扑学设计理念在二级结构和三级结构上进行精准调控。这种调控能够合成具有高度有序的结构，并微调其化学和物理特性。cof材料的纳米级通道和空间为分子存储和释放提供了环境，而较大的比表面积有利于催化和传感应用。此外，有机结构单元的规则性和连通性使cof材料应用于载流子的传输，包括光电子学和电化学能量的存储。cof材料的有机和结晶性可补充“经典”多孔结晶材料，如沸石、金属有机骨架、多孔有机材料。就目前而言，多使用的是溶剂热法，条件较为苛刻，例如，需要在高温高压环境下进行反应，且产物很难分离，所以探究此类材料的简单合成方法是有价值的。
催化剂在工厂中得到广泛应用，但由于其很难从产物中分离出来，任需对其进行近一步的完善，常用的均相催化剂由于很难从体系中分离出来对环境有一定的污染，cof催化剂有较高的热稳定性易溶于水和有机溶剂，使用亚胺键连接的金属离子结合cof材料进行催化可得到高效的异相催化剂。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：本课题拟合醛氨缩合反应生成富氮共价有机骨架材料，进行表征。再负载钯成高效的异相催化剂，并探索它的催化性能。
预期目标：生成一种富氮共价有机骨架材料，并负载钯生成高效的异相催化剂，相较均相催化剂更加的环保。3. 研究的方法与步骤
| 1、拟合生成TAPT 1）称取4-氨基苄腈 2）在氮气保护条件下加入混合好的无水二氯甲烷和三氟甲磺酸 3）冷却至室温，加入蒸馏水，充分搅拌 4）调节pH值，用NaOH溶液调节pH至中性 5）过滤、洗涤、干燥后称量 2、拟合生成一种富氮共价有机骨架材料 1)预配溶剂，移取1:1比例的1,3,5 - 甲苯、1,4 - 二氧六环 2）称量相应量的TAPT和TFPT，移入反应器 3）在加入一定量的溶剂，在超声波条件下混合均匀 4)加入HAC催化剂 5）密封，在铝箔纸包住，静置3天 6）取出，分别用四氢呋喃、DMF、无水丙酮洗涤2次 7）真空干燥12 h,取出称量 8）用SEM、XRD射线衍射仪、热重分析仪、红外光谱仪表征生成的富氮共价有机骨架材料。 3、拟合生成Pd/富氮共价有机骨架材料并进行表征，研究合成的Pd/富氮共价有机骨架的构成。 4、研究其催化的应用。同Pd/COF-LZUI作比较。 |
4. 参考文献
| [1] 王洋, 王思迪, 唐韶坤. 超临界二氧化碳中亚胺类共价有机骨架材料COF-LZU1的合成与表征[J]. 高等学校化学学报,2020(8):1792-1800. [2] 辛英祥. 共价有机骨架材料的设计合成及其在存储方面的应用探索[D]. 北京化工大学, 2017(5):1-107. [3] Chen X , Huang N , Gao J , et al. Towards covalent organicframeworks with predesignable and aligned open docking site[J]. ChemicalCommunications, 2014, 50(46):6161-6163. [4] Ding S Y , Gao J , Wang Q , et al. Construction of CovalentOrganic Framework for Catalysis: Pd/COF-LZU1 in Suzuki-Miyaura CouplingReaction[J]. Journal of the American Chemical Society, 2011,133(49):19816-19822. [5] 周婷, 龚祎凡, 郭佳. 共价有机骨架的设计、制备及应用[J]. 功能高分子学报, 2018, 31(003):189-215. [6] 李丽, 李鹏飞, 王博. 共价有机框架材料在光催化领域中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2020(9):1917-1932. [7] 侯郡郡, 李连山, 黄进. 共价有机骨架材料设计及其在分离领域的应用[J]. 化学通报, 2019, 082(003):195-201.
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5. 计划与进度安排
| 1、2022-01-10～2022-02-28：接受任务，查阅相关文献，了解课题背景，完成英文文献翻译，初拟开题报告。 2、2022-03-01~2022-03-09：查阅文献，了解课题背景。 3、2022-03-10~2022-03-28：制定实验方案，选择实验试剂与研究方向，撰写开题报告，同时进行尝试性实验。 4、2022-03-29~2022-04-15：开始正式实验，合成一种富氮共价有机骨架。 5、2022-04-15～2022-04-20：富氮共价有机骨架的表征，根据表征做出试剂的调整和方法的改进。 6、2022-04-21～2022-05-15: 改进原有的方案，合成最终的富氮共价有机骨架，负载钯，获得Pd/ 富氮共价有机骨架材料。 7、2022-05-16～2022-05-28:Pd/富氮共价有机骨架材料的表征，性能测试，Pd/富氮共价有机骨架材料的催化效果检测。 8、2022-05-29~2022-06-12：论文撰写，材料整理，准备答辩。
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