课题基金 / 基金详情

设计合成大孔道和高CO2吸附的羧基功能化3D共价有机框架材料

批准号:
22205074
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
20.0 万元
负责人:
王钰杰
依托单位:
学科分类:
高分子功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
王钰杰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
共价有机框架材料(Covalent Organic Framework, COF)作为一种新兴的晶态有机多孔材料,其具有长程有序的孔道、孔道结构易修饰等优点。尤其是,三维COF材料可以通过结构设计来获得高比表面积、特定的孔道结构及丰富的功能位点。但目前文献报道的三维COF材料多数存在脱除客体分子孔道坍塌和框架结构穿插等难题,从而造成实际比表面积及孔隙率远低于理论值的问题。本项目主要是通过空间位阻效应合成羧基功能化的三维COF材料来消除孔道坍塌及结构穿插的现象,从而获得大孔道和高比表面积的材料,进而探究该类材料在二氧化碳吸附等方面的潜在应用。
英文摘要
Covalent Organic Framework (COF) as an emerging crystalline organic porous material has the advantages of long-range ordered pores, easy functionalization, and so on. In particular, 3D COF materials can be obtained high specific surface areas, rich pores and functional sites through structural design. However, most 3D COFs reported so far have some issues. For example, the pore structures easily collapse after removal of guest molecules, and the frameworks tend to intersperse, resulting in the problem that the actual surface areas and porosity are far lower than the theoretical values. Therefore, we will focus on the design and synthesis of carboxyl-group functionalized 3D COFs through steric hindrance engineering to suppress dynamic behavior and structural interpenetration, which will prepare novel materials with large channels and high surface areas. Furthermore, we will explore the potential applications of such materials in carbon dioxide adsorption.
本项目围绕羧基功能化三维共价有机框架(3D COF)材料的设计、合成及其在气体吸附、催化降解和环境治理中的应用展开研究。通过优化反应条件和材料设计,成功合成了多种新型3D COF材料,包括基于dia、qtz和stp拓扑结构的高晶态COF(如JUC-650、JUC-651和JUC-598)。这些材料具有高比表面积(如JUC-621的比表面积达2060 m²/g)和优异的孔道结构(介孔孔径高达23 Å),展现出显著的气体吸附和催化性能。研究表明,JUC-650在氧还原反应(ORR)中表现出优异的催化活性,半波电位达到0.72 V(vs RHE),为无金属COF催化剂提供了新的研究方向。此外,JUC-598@FeSx作为芬顿催化剂,在90分钟内对结晶紫和亚甲基蓝的降解效率分别达到95%和91%,展示了其在污水处理中的潜力。项目还通过国际合作,利用先进表征技术(如透射电子显微镜和粉末X射线衍射)解析了COF的拓扑结构和性能关系,为COF材料在气体分离、催化降解等领域的应用提供了理论支持和实验依据。项目成果已发表多篇高水平论文,并培养了一批青年科研人才,推动了COF材料在环境治理和能源转换中的应用。
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