基于四嗪骨架的多孔共价有机框架的合成与性质研究

Owing to their rigid backbone and controllable pore structure,Conjugated Microporous Polymers(CMPs) have been of great interest among the covalent organic frameworks materials. However,there are several problems of this class of materials. For example, the poor solubility, complex synthesis method and expensive reagents. Also, it is really a challenge to achieve CMPs with luminescent and electrochemistry properties. To solve the problems mentioned above,we plan to design and synthesize a new kind of covalent organic frameworks materials with tetrazine as backbone. As a class of CMPs, the tetrazine based covalent organic frameworks take all the advantages of CMPs. The synthesis of materials is easy and cheap, and the luminescent and electrochemistry properties of materials are easy to realize according to the unipue properties of tetrazine. Also, it is possible to undergo in situ modification of these materials. In this project,we will try to establish a research system of tetrazine based covalent organic frameworks and find the principles of the synthesis, structures, and properties of the materials.A series of tetrazine based covalent organic framework materials shall be obtained and their properties will be systematically investigated. The in situ modification method of materials will also be studied to make the modulation of structure and properties of materials more accurate.

共轭微孔聚合物类材料，由于具有刚性的骨架和可控的孔道尺寸和结构而成为共价有机框架材料中的研究重点。但是，此类材料的发展依然存在材料溶解度低、合成方法复杂、原料昂贵等问题。同时，设计合成具有光、电性能的共轭微孔聚合物材料依然是一大挑战。本项目计划针对以上问题，设计合成并研究以四嗪为骨架的新型共价有机框架材料。该类材料除具有共轭微孔聚合物的普遍优点外，四嗪简便经济的合成方法及独特的性质和反应活性将使得材料的大规模合成、光电性质研究以及框架结构的原位后修饰等得以实现。具体研究内容包括：通过实验总结归纳该类材料合成、结构和性质等相关规律，建立四嗪骨架共价有机框架研究体系；合成系列四嗪骨架共价有机框架材料，系统的开展吸附分离、光、电等性质研究；开展材料框架结构原位后修饰研究，进一步提高材料结构调控的精度并增强其功能定向合成可控性。

近年来，具有特定功能的多孔材料因在众多领域的潜在应用受到了广泛关注。相比于传统的无机多孔材料，多孔有机聚合物（Porous organic polymers, POPs）及多孔金属有机框架（Metal-organic frameworks, MOFs）类材料因其组成中易于设计调控的有机构块/连接体的存在而在材料结构及性能调控方面展现出独特的优势，因此成为近年来多孔材料的研究热点之一，并在在吸附分离、发光、传感检测等众多领域都展现出了良好的应用前景。对这两类材料的研究已发展成为多学科交叉的前沿热点，并有望为能源、环境、安全等国家重大战略需求问题的解决提供方案，具有重要的研究价值。. 在本项目的研究中，我们以功能多孔材料的构筑为目标，研究了基于四嗪基团的功能多孔材料的构筑与性质，并将研究范围扩展到三嗪、四唑等多种功能基团，丰富了研究内容，扩充了材料的潜在应用领域，获得了多种具有独特结构的新型POPs及MOFs多孔材料，针对其结构组成特性分别研究了二氧化碳捕获存储、硝基爆炸物识别检测等性能，并在此基础上探索总结了相关体系中材料的结构与性能的内在关系。本项目有关研究成果已在J. Mater. Chem. A, Inorg. Chem., RSC Adv.等刊物发表SCI收录论文17篇，应邀为Phys. Chem. Chem. Phys.撰写综述文章1篇。项目成果为新型多孔材料的结构设计、定向构筑及性能调控与功能化等问题的解决提供了科学依据，基本实现了项目预期研究目标。