共价有机骨架材料COFsppt课件
共价有机骨架材料COFs汇总.
A. Thomas, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
11
2.4 其他合成方法
单层COFs的合成
W. R. Dichtel, et al., Science, 2011, 332, 228-231.
12
COF-103的BET 4210m2 /g
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al., Science, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355.
8
二、COFs合成方法
2.1 溶剂热法
50 2
50 2
[EtOH] -H P-COF 50 2
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
15
Carbon dioxide adsorption capacity D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082.
3.2 在催化中的应用
A. 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
96
I
2
97
Br 2.5
98
Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
共价有机骨架材料COFPPT精选文档
1.2.1 按形成的共价键分类
①反应可逆
A.硼氧六环
②构建单元立体构型保持
单体、寡 聚物相互 B.硼酸酯 交换 “Error checking”
C.三 嗪
刚性结构
D.亚 胺
E. 腙
W. Wang, et al., Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.
5
COFs材料的分类
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
--
-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al., Science, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355.
8
二、COFs合成方法
2.1 溶剂热法
50 2
50 2
[EtOH] -H P-COF 50 2
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
Carbon dioxide adsorption capacity
00004-热固性共价有机骨架材料(COFs)的分子设计合成
构筑单元多为刚性对称结构
Inoganic Zeolites
A concise network approach for Framework Solids: consider molecules as nodes and noncovalent interactions as node connections Sharma, C.V.K., Broker, G.A., et al., J.Am.Chem.Soc., 1999, 121:1137-1144
Dalian University of Technology
Framework Solids
Typic structure
Characteristic
四面体和AlO4四面体为基本结构单元，通过桥 四面体为基本结构单元， 由SiO4四面体和 四面体和 四面体为基本结构单元 氧连接构成的一类具有笼形或孔道结构的晶体化合物， 氧连接构成的一类具有笼形或孔道结构的晶体化合物， 小分子可通过这些通道，最大尺寸为15A。 小分子可通过这些通道，最大尺寸为 。 亚稳结构，适当条件下会转化为更稳定的致密结构， 亚稳结构，适当条件下会转化为更稳定的致密结构， 耐水解性差，含有金属化合物， 耐水解性差，含有金属化合物，固体比重大
Mckeown, N B., et al., Chem. Eur. J., 2005, 11:2610 Mckeown, N B., et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45:1804-1807 Mckeown最近三年首次提出本征有机聚合物 最近三年首次提出本征有机聚合物 微孔材料（ 微孔材料（PIMs）的概念，并设计了一系列 ）的概念， 全刚性共价有机骨架材料。 全刚性共价有机骨架材料。
共价有机骨架材料COFs
2D COFs的构建方法：
D. Jiang, et al., Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 6010-6022.
6
3D COFs的构建方法
3D COFs的特点： ①通过共价键连接扩展形成网状结构 ②具有较大的BET值（可达4000m2g-1） ③更高的热稳定性（400-500℃） ④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
17
单体导入官能团作为催化位点
A. 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
96
I
2
97
Br 2.5
98
Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
--
--
--
1250
25.5
86
370
mesoporous silicas
--
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-- 450-1070
--
14-65
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
3800
76
120(300K) 970(40bar)
共价有机框架化合物
共价有机框架化合物共价有机框架化合物是近年来备受研究关注的一类新型功能材料。
其独特的分子结构和丰富的性质使其在催化、分离、能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将对共价有机框架化合物的定义、研究现状以及应用进行探讨。
一、定义共价有机框架化合物简称COFs，是一类由有机分子通过共价键形成的二维或三维网络结构。
其分子结构中含有多个功能基团，可形成具有孔道和表面活性中心的材料。
与传统的无机材料和有机分子材料相比，COFs具有独特的结构和性质，包括高度可控性、多孔性、可重复性等。
二、研究现状当前，COFs的研究主要集中在以下几个方面：1.合成方法COFs的合成方法包括基于聚合物的方法、基于配位反应的方法、基于无机模板的方法等。
其中，基于聚合物的方法是目前最常用的一种方式，通过有机分子自身的聚合来构建COFs。
2.结构调控COFs的结构调控是实现其物理和化学性质调控的关键。
研究人员通过引入具有不同性质的有机分子或功能基团，调节COFs的孔径大小、孔径结构、表面性质等，以满足不同领域的应用需求。
3.应用前景COFs在催化、分离、能源等领域具有广泛的应用前景。
例如，COFs作为催化剂可用于制备高附加值化合物；COFs作为分离材料可用于分离有机分子、气体分子等；COFs作为电极材料可用于锂离子电池、超级电容器等。
三、应用举例1. COFs在催化领域的应用Tanaka等人制备了一种铜-酞菁COFs，在催化芳基硫醚化反应中，表现出优异的反应活性和高度选择性。
此外，由于其结构可控性，研究人员还可以通过结构设计优化催化剂的催化性能。
2. COFs在分离领域的应用Chen等人制备了一种二咯-脲COFs，使用其作为载体固定铜离子，成功实现了对氨基酸的分离。
由于COFs具有可控的孔道结构和表面性质，有望成为一种新型的分离材料。
3. COFs在能源领域的应用Liu等人利用COFs作为锂离子电池的电极材料，制备出高性能的锂离子电池。
共价有机骨架材料COF
A. Thomas, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
11
2.4 其他合成方法
单层COFs的合成
W. R. Dichtel, et al., Science, 2011, 332, 228-231.
12
COF-103的BET 4210m2 /g
3.2 在催化中的应用
A. 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
96
I
2
97
Br 2.5
98
Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
动力学控制
无序多孔材料
热力学控制
O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
COFs
3
COF-1和COF-5的构建
COF-5
O. M. Yaghi, et al., Science, 2005, 310, 1166-1170.
4
1.2 COFs材料的分类
高比 表面
2.5 COFs的性质
热稳定 共价键连接，300-500℃ 性高
规整结构,有序孔
多孔 晶体
COFs
孔径范 从微孔到介孔 围宽
结构 多样
低密度
COF-108低至 0.17cm3g-1
cof结构解析
cof结构解析
共价有机骨架材料（COFs）是由有机结构单元通过共价键连接而形成的晶态有机多孔材料。
由于其独特的结构特性，COFs在吸附、催化等领域有广阔的应用前景。
然而，由于许多COFs的晶体尺寸较小，传统的X射线衍射法和粉末衍射法解析结构非常困难。
为了解决这个问题，可以采用MicroED技术，这是一种基于冷冻透射电镜的结构解析技术。
该技术通过电子对微小的晶体进行衍射，收集电子衍射数据并进行数据解析。
由于所需的晶体尺寸极小，微纳米尺寸的晶体就可以产生足够高的信噪比衍射信号。
这种技术可以快速、高效地提供高分辨率的衍射数据，大幅降低对样品形状、纯度和尺寸的要求。
除了MicroED技术，还可以通过其他方法解析COF结构。
例如，可以通过X射线衍射、电子显微镜等技术来表征COF的分子排列方式，这些方法可以揭示COF的结构有序性和稳定性。
此外，可以通过气体吸附、孔隙体积测定、孔道直径分布等方法来表征COF的孔道形貌，这些参数可以反映COF在吸附、催化等应用中的性能。
以上内容仅供参考，建议查阅关于COF的书籍或者咨询化学领域专业人士获取更准确的信息。
共价有机骨架材料COFs文件.ppt
2.5 COFs的性质
热稳定 共价键连接，300-500℃ 性高
规整结构,有序孔
多孔 晶体
COFs
孔径范 从微孔到介孔 围宽
结构 多样
0.0
低密度
COF-108低至 0.17cm3g-1
结构单元多样化 13
三、 COFs的应用
3.1 气体储存
Material
Composition
pore Vp,DR/ size/Å cm3g-1
5
COFs材料的分类
1.2.2 按空间构型分类：2D COFs 和3D COFs
2D COFs的构建方法：
D. Jiang, et al., Chem. So0c..0Rev., 2012, 41, 6010-6022.
6
3D COFs的构建方法
3D COFs的特点： ①通过共价键连接扩展形成网状结构 ②具有较大的BET值（可达4000m2g-1） ③更高的热稳定性（400-500℃） ④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
SBET/ m2g-1
H2 uptake/ CH4 uptake/ CO2 uptake/
mg g-1
mg g-1
mg g-1
COF-1
C3H2BO
9
0.3
750
14.8
40
230
COF-5
C9H4BO2
27
1.07
1670Leabharlann 35.889870
COF-102
C25H24B4O8
12 1.55
3620
72.4
A. Thomas, et al., Angew. Ch0.e0m. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
共价有机骨架材料制备方法
共价有机骨架材料制备方法摘要：一、引言二、共价有机骨架材料的简介1.定义与特点2.分类与应用三、共价有机骨架材料的制备方法1.聚合方法1) 溶液聚合2) 悬浮聚合3) 气相聚合2.组装方法1) 自组装2) 模板组装3) 纳米组装四、制备过程中的影响因素1.单体选择2.催化剂3.反应条件五、制备技术的进展与挑战1.高效制备方法的发展2.规模化生产与应用3.环保与可持续发展六、未来展望正文：共价有机骨架材料制备方法一、引言随着科学技术的不断发展，共价有机骨架材料（COFs）因其独特的物理和化学性能，在诸多领域展现出广泛的应用前景。
作为一种多孔材料，COFs具有高比表面积、可调孔径、低密度等特点，使其在催化、能源、传感、分离等领域具有极高的研究价值和应用潜力。
本文将对COFs的制备方法进行综述，探讨影响制备过程的各种因素，并对未来发展趋势进行分析。
二、共价有机骨架材料的简介1.定义与特点共价有机骨架材料是指由共价键连接的有机分子构成的一种多孔材料。
其特点是高比表面积、可调孔径、低密度、可逆孔隙度等。
2.分类与应用根据结构特点，COFs可分为二维和三维结构。
二维COFs具有良好的层状结构，适用于能源存储、传质等领域；三维COFs具有立体网络结构，适用于催化、传感等领域。
三、共价有机骨架材料的制备方法1.聚合方法（1）溶液聚合：通过溶液聚合得到的COFs具有良好的溶解性和加工性能，适用于制备薄膜、涂层等。
（2）悬浮聚合：悬浮聚合得到的COFs粒子尺寸分布均匀，具有良好的孔隙结构，适用于制备多孔材料。
（3）气相聚合：气相聚合制备的COFs具有较高的比表面积和孔容，适用于制备高效催化剂、吸附剂等。
2.组装方法（1）自组装：利用分子自发组装形成的有序结构，实现COFs的制备。
（2）模板组装：通过模板引导，实现特定形貌和结构的COFs制备。
（3）纳米组装：利用纳米材料作为模板，制备具有纳米级结构的COFs。
四、制备过程中的影响因素1.单体选择：单体的结构和性质直接影响COFs的性能，因此选择合适的单体至关重要。
共价有机框架材料,其制备方法及其在锂离子电池中的用途
共价有机框架材料,其制备方法及其在锂离子电池中的用途共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks，简称COFs）是一类由有机分子通过共价键连接而成的多孔结构材料。
它们具有高度有序的结构、大孔径和可调控的化学成分，使其在吸附、分离、储能等领域具有潜在的应用。
在锂离子电池中，COFs 也被研究用于提高电池性能和储能能力。
制备方法：1.Condensation Reactions（缩聚反应）：COFs的制备通常涉及有机分子之间的缩聚反应，形成共价键。
例如，亲核官能团（如胺基、羧基）可以通过缩聚反应形成共价键，生成有序的结构。
2.Dynamic Covalent Chemistry（动态共价化学）：利用动态共价键的形成和断裂，使COFs的组装更加容易。
动态共价化学可通过烷基化、亲核官能团的反应等实现。
3.Self-Assembly（自组装）：COFs的组装可以通过自组装过程实现，其中有机分子通过非共价相互作用形成预定的结构，然后通过缩聚反应固定结构。
4.Bottom-Up Synthesis（自下而上合成）：从小分子或单体开始，逐步通过有机合成的方法形成COFs 结构。
在锂离子电池中的应用：1.锂离子储能：COFs 具有大的比表面积和可调控的孔径结构，使其成为良好的锂离子储能材料。
COFs 可以作为锂离子电池的正极或负极材料，用于储存和释放锂离子。
2.电池电解液添加剂：COFs 也可以用作电池电解液中的添加剂，提高电池的性能和循环寿命。
3.导电性改善：一些COFs 可以通过掺杂或功能化实现良好的导电性，提高电极材料的电导率，从而改善电池的性能。
4.多功能性：COFs 的结构可通过有机合成进行精确设计，实现多功能性。
例如，引入特定官能团可以提高电池的循环寿命、储能密度等。
总体而言，COFs 作为新型的多孔有机材料，展示了在锂离子电池等储能系统中的广泛应用潜力，但其研究仍在不断发展阶段。
共价有机框架材料的合成与应用
共价有机框架材料的合成与应用共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks，简称COFs）是一类由有机分子通过共价键连接而成的多孔晶态材料。
与传统的无机晶体材料相比，COFs具有更高的表面积、更多的孔隙结构以及更丰富的功能化官能团，因此在催化、气体吸附与分离、能源存储等领域具有广阔的应用前景。
COFs的合成方法多样，常见的有静态合成、动态合成和模板合成等。
静态合成是通过化学反应将有机分子连接成COFs结构，这种方法适用于大部分COFs的合成。
动态合成则是在动态条件下，如高温或高压下，使有机分子发生聚合反应形成COFs。
模板合成则是利用模板分子的存在来指导COFs的合成，通过模板分子的移除，得到COFs结构。
这些合成方法各有优劣，可以根据具体需求选择合适的方法。
COFs的应用领域广泛，其中催化是最为重要的应用之一。
由于COFs具有高表面积和丰富的官能团，可以作为催化剂的载体，提供更多的活性位点和更好的反应环境。
例如，将COFs与金属离子或有机分子配位，可以构建高效的催化剂，用于有机合成反应。
此外，COFs还可以用于光催化、电催化等领域，提高催化反应的效率和选择性。
除了催化，COFs还在气体吸附与分离领域有广泛的应用。
COFs具有可调控的孔隙结构和表面官能团，可以选择性地吸附和分离不同大小和性质的气体分子。
例如，将COFs修饰成亲水性表面，可以高效地吸附水分子，用于湿度调节和水分分离。
此外，COFs还可以用于气体分离和储存，如二氧化碳捕获和氢气储存等。
能源存储也是COFs的研究热点之一。
由于COFs具有高比表面积和可调控的孔隙结构，可以作为电极材料用于超级电容器和锂离子电池等能源存储设备。
COFs的孔隙结构可以提供更多的储能空间，而丰富的官能团可以提供更多的反应位点，改善电池的循环性能和储能能力。
此外，COFs还在传感、药物传递、光电器件等领域有着广泛的应用前景。
通过调控COFs的结构和官能团，可以实现对特定物质的检测和传递。
供体-受体型共价有机框架
供体-受体型共价有机框架随着科技的进步和科研的深入，纳米材料领域呈现出一片繁荣景象。
其中，共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）作为一种新兴的晶态多孔材料，以其独特的结构和性质，在多个领域引起了广泛关注。
特别是供体-受体型共价有机框架（D-A COFs），更是凭借其特殊的电子结构和可调性，成为当前研究的热点。
一、供体-受体型共价有机框架的构建供体-受体型共价有机框架的构建，主要依赖于两种具有不同电子性质的有机单体：供体（Donor）和受体（Acceptor）。
供体通常是富电子的有机分子，如含有氮、氧等杂原子的芳香族化合物；而受体则是缺电子的有机分子，如含有硼、碳等元素的化合物。
这两种单体通过共价键连接，形成具有周期性网络结构的晶态材料。
在构建过程中，科研人员可以通过调整单体的种类、比例以及反应条件，实现对D-A COFs结构和性能的精确调控。
这种灵活性使得D-A COFs在材料设计和合成上具有极大的潜力。
二、供体-受体型共价有机框架的性质由于供体和受体之间的电荷转移作用，D-A COFs展现出了一系列独特的性质。
首先，在光吸收方面，D-A COFs通常具有较宽的吸收带和较强的光吸收能力，这使得它们在光电器件领域具有广阔的应用前景。
其次，在电荷传输方面，D-A COFs的供体和受体之间形成了有效的电荷传输通道，有利于电荷的快速传输和分离。
此外，D-A COFs 还具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够在苛刻的环境下保持其结构和性能的稳定。
三、供体-受体型共价有机框架的应用前景1. 光电器件领域如前所述，D-A COFs在光吸收和电荷传输方面的优异性能使其成为光电器件领域的理想材料。
例如，它们可以用于构建太阳能电池的光吸收层，提高电池的光电转换效率。
此外，D-A COFs还可以用于构建光电探测器、光电二极管等器件，有望在光通信、光成像等领域发挥重要作用。
2. 催化领域D-A COFs的供体和受体之间的电荷转移作用可以诱导产生丰富的活性位点，使其在催化领域具有广泛的应用潜力。
共价有机框架材料的设计与制备
共价有机框架材料的设计与制备共价有机框架材料（covalent organic frameworks，简称COFs）作为一类新型的有机功能材料，由于其特殊的结构和性能，近年来受到了广泛的关注。
COFs以其可调控的孔径、高度可控的化学结构以及多样的功能化修饰，展现出在催化、分离、传感、储能等领域的巨大应用潜力。
COFs最早于2005年由美国科学家Yaghi等人首次合成得到，这标志着共价有机框架材料的诞生。
相较于传统的无机物和金属有机骨架材料，COFs的特殊之处在于它们是由碳、氮、氧等元素构成的有机分子自主组装而成的晶态材料。
这些分子通过共价键相互连接，形成高度有序的孔道结构，这些孔道可以分子尺寸的有机分子进出，为后续的功能修饰和应用提供了可能。
COFs的设计与制备是实现其应用的关键。
首先，设计COFs的化学结构需要考虑到合适的有机分子组成，以及它们之间的共价键连接方式。
这将决定COFs的结构稳定性、孔径大小和孔道长度等性能。
其次，COFs的制备方法也是一个关键环节。
传统的方法主要是通过硼酸缩合、亲核进攻等反应来实现COFs的组装。
然而，这些方法往往要求高温、高压等条件下进行，而且合成过程复杂、耗时。
近年来，研究者们提出了许多新颖的制备方法，如溶剂热法、晶种法、模板法等，这些方法使得COFs的制备更加简便、高效。
随着COFs的研究不断深入，人们已经在其功能化修饰和应用方面做出了许多重要的进展。
例如，在催化领域，COFs可作为高效的催化剂载体，通过表面修饰或孔道修饰，可以实现对目标分子的高效吸附和转化。
在分离与纯化领域，COFs 具有可调控的孔径和极高的比表面积，可以用于气体分离、分子筛和离子交换等。
在传感领域，COFs的高度结构可控性使其具备了对于特定分子的高选择性和灵敏度。
在储能领域，COFs的孔道结构和化学稳定性为其作为超级电容器和锂离子电池等能源存储设备提供了新的思路。
虽然COFs在各个领域都显示出了巨大的潜力，但是目前仍然面临一些挑战。
共价有机框架溶剂热合成法
共价有机框架溶剂热合成法说到共价有机框架（COFs），大多数人可能会想：“哎？这是什么东西？”别担心，咱们慢慢聊。
COFs是近年来化学界特别火的一个话题，简单来说，它就是一种由有机分子通过共价键连接起来的超大结构，像个高大上的拼图，拼成的框架又轻又坚固。
听起来是不是很复杂？但其实它的制作过程要比你想象的简单得多。
今天就来聊聊一种常见的合成方法——溶剂热法，听起来是不是很专业？其实它就是一种将化学反应放在一个高温高压的环境里，让分子们“自发”地粘在一起的方法，简简单单。
说到溶剂热合成法，我们先得搞清楚一个事儿：为什么要用溶剂热法？别急，跟着我一块儿来捋捋。
你可以想象成做菜的时候，锅里加了油（也就是溶剂），然后放入食材（就是我们的化学反应物）。
这个时候，火候和时间就变得特别重要了——如果火开太大，食材容易烧焦；火太小，食材就炒不熟。
而溶剂热法就是这么个道理，它给了反应物一个舒适的环境——通过高温和高压的溶剂，确保分子之间能产生足够的动力，形成想要的结构。
就像你放了一锅炖汤，火候合适，汤料相互融合，最后的味道才能鲜美得不像话。
这种方法究竟是怎么操作的呢？我们得选择一个合适的溶剂。
这里可得小心了，选择不对，可就玩脱了。
有些溶剂能溶解所有的原料，有些则啥都不行，像是那种炒菜时放的油，合适的才好。
选好了溶剂后，把反应物倒进容器里，密封起来，放到一个能够承受高温高压的锅里，称作反应釜。
然后，这个“锅”就像是个压力锅一样，开始加热。
溶剂在高温下会变得活跃，分子就会在其中像跳舞一样“碰撞”在一起，通过共价键把自己牢牢地绑定在一起，最终形成我们想要的COFs框架结构。
你可以把这个过程想象成一场化学的“大party”，所有的分子们带着各自的舞步，最后在音乐的引导下，成功跳成一支完美的舞蹈。
整个反应过程看似简单，实际操作起来可得小心翼翼。
因为在高温高压的环境下，不同的溶剂和反应物会有不一样的反应情况。
如果没有控制好温度、压力、时间等因素，合成出来的产品就可能没法达到预期的效果，甚至出问题，得不偿失。
共价有机框架电极材料
共价有机框架电极材料
共价有机框架电极材料是指由共价有机框架（COF）构成的电极材料。
共价有机框架是一种由有机分子组成的二维或三维结构，其中有机分子通过共价键连接在一起形成稳定的结构。
由于其具有高度可控的结构和孔道特性，共价有机框架被广泛研究用作气体吸附剂、分离膜、催化剂等领域的材料。
在电极材料领域，共价有机框架可以用作高性能电容器、锂离子电池和超级电容器等能量存储器件的电极材料。
共价有机框架电极材料具有以下特点：
1. 高度可控的结构：由于共价有机框架的合成方法多样，可以通过调节合成条件来控制其结构和孔道特性，从而调节电极材料的性能。
2. 多孔结构：共价有机框架材料具有高度有序的孔道结构，可以提供大量的活性表面积和储存空间，有利于电化学反应的进行。
3. 高电导率：共价有机框架中的有机分子通过共价键连接，形成导电通道，有利于电荷传输，提高电极材料的电导率。
4. 良好的化学稳定性：共价有机框架具有较高的化学稳定性，可以在宽泛的电压和温度范围内工作，提高电极材料的循环稳定性和耐久性。
目前，研究人员已经合成了多种不同结构和性能的共价有机框
架电极材料，并在能量存储领域取得了一些重要的进展。
然而，由于目前对共价有机框架材料的理解还不够深入，相关研究还处于初级阶段，需要更多的研究来探索其在电化学能量存储领域的应用潜力。
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1
目录
一、COFs材料介绍 二、 COFs材料合成方法 三、 COFs材料应用 四、小结和展望
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2
一、COFs材料介绍
1.1 COFs的概念 共价有机骨架聚合物（Covalent organic frameworks） 简称COFs，是以轻元素C、O、N、B等以共价键连 接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔 结构的晶态材料。
动力学控制
无序多孔材料
热力学控制
O. M. Yaghi, et al., Scie.nce, 2005, 310, 1166-1170.
COFs
3
COF-1和COF-5的构建
COF-5
O. M. Yaghi, et al., Sc.ience, 2005, 310, 1166-1170.
4
1.2 COFs材料的分类
400℃，40h
不同的单体
CTF（ Covalent TriazineBased Frameworks ）系 列材料
A. Thomas, et al., Angew. Ch.em. Int. Ed., 2008, 47, 3450-3453.
11
2.4 其他合成方法
单层COFs的合成
W. R. Dichtel, et al., Scien. ce, 2011, 332, 228-231.
.
17
单体导入官能团作为催化位点
TFP-DABA
Entry
1 3 4 5
TFP-DABA loading[mol%]
5 7.5 10
-
T[oC]
100 100 100 100
Fructose Conversion[%]
67 84 >99 5
HMF Selectivity[%]
Yield[%]
97
65
12
COF-103的BET 4210m2 /g
高比 表面
2.5 COFs的性质
热稳定 共价键连接，300-500℃ 性高
规整结构,有序孔
多孔 晶体
COFs
孔径范 从微孔到介孔 围宽
结构 多样
.
低密度
COF-108低至 0.17cm3g-1
结构单元多样化 13
三、 COFs的应用
3.1 气体储存
Material
8
二、COFs合成方法
2.1 溶剂热法
溶剂：均三甲苯/二氧六环混合
脱气 密封
120℃，3d
Pyrex tube
特点：对COFs材料具有较好的普适性，但合成时间 较长，温度较高
O. M. Yaghi, et al., Sc.ience, 2005, 310, 1166-1170.
9
2.2 微波辅助法合成COFs
14
COFs孔道功能化储存二氧化碳的研究
CO2 uptake(mg g-1)
-NH
160
2
140
-OH
120
-COOH
小结：孔道修饰策略得到了一
100
RCOO-
80
Et-
60
40
系列由直接缩合反应难以得到 的孔道多样化的COFs,并且经 过修饰的COFs表现出了明显
20
优化的CO2吸附能力。
0
H P-COF 2
Composition
pore Vp,DR/ size/Å cm3g-1
SBET/ m2g-1
H2 uptake/ CH4 uptake/ CO2 uptake/
mg g-1
mg g-1
mg g-1
COF-1
C3H2BO
9
0.3
750
14.8
40
230
.07
1670
35.8
97
81
97
97
n.d.
n.d.
D. Zhao, et al., ChemSus.Chem., 2015, 8, 3208-3212.
18
四、小结和展望
小结：
① COFs材料具有热稳定性高、比表面大等优点，在气体储存、 催化以及电子器件领域很有应用前景；
② 硼基COFs有高的结晶度和规整的孔道结构，但是对水和质 子性溶剂不稳定；基于亚胺、腙、三嗪等的COFs稳定有所 提升，但是一般具有较差的结晶度以及有限的孔道。
1.2.2 按空间构型分类：2D COFs 和3D COFs
2D COFs的构建方法：
D. Jiang, et al., Chem. Soc.. Rev., 2012, 41, 6010-6022.
6
3D COFs的构建方法
3D COFs的特点：
①通过共价键连接扩展形成网状结构 ②具有较大的BET值（可达4000m2g-1） ③更高的热稳定性（400-500℃）
89
870
COF-102
C25H24B4O8
12
1.55
3620
72.4
187
1200
COF-103 C24H24B4O8Si
12
1.54
3530
70.5
175
1190
zeolites
--
--
mesoporous silicas
--
--
MOF-5
C24H12O13Zn4 12,15
--
1250
-- 450-1070
④密度小（最低至0.17cm-3g-1）
⑤很多开放位点
储存气体的良好“容器”
O. M. Yaghi, et al., Scie.nce, 2007, 316, 268-272.
7
3D COFs的构建
Y. Yan, et al., J. Am. Chem.. Soc., 2015, 137, 8352-8355.
[Et] -H P-COF 25 2
[MeOAc] -H P-COF [AcOH] -H P-COF
50 2
50 2
[EtOH] -H P-COF 50 2
[EtNH ] -H P-COF 2 50 2
Carbon dioxide adsorption capacity
.
15
D. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7079-7082.
3.2 在催化中的应用
A. 骨架杂原子配位金属引入催化位点 骨架官能团衍生化引入催化位点
设计策略
B.单体导入官能团作为催化位点
.
16
骨架杂原子配位金属引入催化位点
Entry
1 2 3 4
R
X Time(h) Yield(%)
I
3
96
I
2
97
Br 2.5
98
Br 3
97
W. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
1.2.1 按形成的共价键分类
①反应可逆
A.硼氧六环
②构建单元立体构型保持
单体、寡 聚物相互 交换
B.硼酸酯
“Error checking”
C.三 嗪
刚性结构
D.亚 胺
E. 腙
W. Wang, et al., Chem..Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.
5
COFs材料的分类
溶剂：均三甲苯/二氧六环/乙酸混合
微波条件下反应
100℃，60min
microwave tube
特点：合成时间短，反应温度相对更低
TpPa-COF
L. Wang, et al., Chem. Com. mun., 2015, 51, 12178-12181.
10
2.3 离子热法合成COFs
ZnCl2
--
3800
25.5 -76
86
370
14-65
--
120(300K) 970(40bar)
MOF-177
C54H30O13Zn4 11,17
--
4750
75.2
--
O. M. Yaghi, et al., J. Am. Ch. em. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
1490(40bar)
展望：
① 合成：开发高效合成方法，缩短反应时间，增加合成量 ② 结构：开发更多新型的COFs材料，得到集高稳定性、高
结晶度以及多孔性于一体的COFs ③ 应用：拓展应用范围，深化研究领域
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Thank you ！
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