新型杂环共价有机网络材料的设计合成及其构效关系研究

共价有机网络（Covalent Organic Frameworks,COFs）材料是一类由C、H、O、N、B等轻元素组成的新兴轻质多孔晶态聚合物材料，该类材料的设计合成及功能开发备受关注。本课题以噻吩、联噻吩和联吡啶等杂原子环为骨架合成新型多孔共价有机网络材料，与以往苯环为骨架的COFs材料相比，骨架中杂原子环的引入将进一步丰富COFs材料的组成，并拓展材料在光电、离子吸附和催化方面的应用。通过深入研究合成材料的光电、吸附及催化性能，探索预设前体与目标材料结构及性能之间的关系，以期实现功能性共价有机网络材料的设计合成以及结构和性能的调控。

共价有机网络（Covalent Organic Frameworks,COFs）材料是一类由C、H、O、N、B等轻元素组成的新兴轻质多孔晶态聚合物材料，二维及三维共价有机网络材料的设计合成及功能开发备受关注。我们以共价有机网络材料的设计合成为前体，重点研究了合成材料的在电化学电极方面的应用，结果表明共价有机网络及复合材料有望成为新型的电极材料得以应用。. 本项目以功能化共价有机网络及复合材料的设计合成为先导，将噻吩等杂原子环引入到共价有机网络材料的骨架中，通过XRD、FT-IR、TG和元素分析等手段对合成的材料进行研究，结果表明生成的聚合物具有良好的热稳定性，电化学性能测试，结果表明产物具有一定的电化学比电容。. 此外本项目还将亚胺连接的一类共价有机网络材料通过与氨基功能化石墨烯作用生成了共价有机骨架/氨基化石墨烯复合材料，由于C=N连接链的存在扩展了材料中的π共轭体系，使得到的复合材料显示了较好的电容特性，最终在0.2 A/g 电流密度和1.0 M Na2SO4 电解质条件下得到了576 F/g 的比电容。经过1000次循环以后材料任然保持了76%的比电容。这种复合材料出色的电化学性质我们归因于氨基化石墨烯和共价有机骨架材料的协同效应以及石墨烯上共价有机骨架材料的均匀分散。结果表明我们合成的共价有机骨架/石墨烯复合材料是一种很有潜质的电容器电极材料。. 我们还在氨基功能化的单晶硅片表面组装了亚胺链接的共价有机骨架材料，并将合成的材料作为生物传感器用于蛋白及DNA的吸附和固定，由于蛋白和DNA与氨基功能化的共价有机骨架材料的表面强的相互作用而吸附在上面，复合材料高的粗糙度以及内部连通的孔道结构导致其电化学活性增强，所有这些结果表明功能化的共价有机骨架材料可能是作为生物传感器较为合适的选择。