CN114539547A - 一种共价有机框架(cof)纳米粒子、其制备方法 - Google Patents

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田华雨
王殿巍
李彤
陈学思
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/008Supramolecular polymers

Abstract

本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法,包括:亚胺基COF和苯胺在溶剂存在下反应,得到P‑COF纳米粒子。本发明将COF、单官能团竞争性单体与有机溶剂混合,在超声作用下进行分子交换,得到COF纳米粒子。所述方法具有快速、尺寸可控、普适性等优点。发明的方法与传统的液相剥离法相比速度更快,在30min内就可以制备均匀分散的COF纳米粒子;发明的制备方法可以选择性的制备20~150nm的COF纳米粒子;发明的制备方法对亚胺类COF具有普遍适用性。所制备的COF纳米粒子将在生物医用,气体分离,能源电池等领域具有重要应用价值。

Description

一种共价有机框架(COF)纳米粒子、其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料,尤其是涉及一种共价有机框架(COF)纳米粒子、其制备方法。
背景技术
共价有机框架(COF)材料因其结构规整,比表面积大,多孔性等性质成为了当今新材料研究领域的热门研究对象。其对催化、气体分离、药物递送等领域有着重要的研究价值。(参见Kui Wang,Zhe Zhang,Lin Lin,et al. Chemistry of Materials 2019 31(9),3313-3323)。但是传统的合成方法所制备的 COF尺寸大,分布不均匀,难以利用。
虽然通过液相剥离的方法可以在一定程度上实现COF材料的纳米化。 (Wang D,Zhang Z,Lin L,et al.Biomaterials,2019,223:119459.)。但是这样的方法耗时长,而且难以控制COF纳米粒子的尺寸范围。
基于此,开发一种快速、尺寸可控制备共价有机框架(COF)纳米粒子的方法是非常必要的。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种共价有机框架(COF) 纳米粒子的制备方法,本发明的制备方法具有快速、尺寸可控的特点。
本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法,包括:
亚胺基COF和苯胺在溶剂存在下反应,得到P-COF纳米粒子。
优选的,所述亚胺基COF的制备方法具体为:多醛基单体与5,10,15,20- 四(4-氨基苯基)卟啉反应,得到的P-COF;所述多醛基单体与5,10,15,20-四(4- 氨基苯基)卟啉的摩尔质量比为(1~3):1。
优选的,所述多醛基单体选自对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5- 双(2-丙炔氧基)对苯二甲醛、2,5-双甲氧基对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛修饰的双醛基单体、苯三甲醛和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯中的一种或几种。
优选的,所述亚胺基COF的制备方法中:反应的溶剂为邻二氯苯、正丁醇和乙酸;所述反应的温度为100~130℃;反应的时间为3~7天;所述反应后还包括离心,所述离心的速率为5000~10000rpm,所述离心的时间为5~15min。
优选的,所述苯胺与P-COF的亚胺键的摩尔比为(0.01~0.5)1。
优选的,所述溶剂为乙醇、DMSO、DMF或THF中的一种或几种。
优选的,所述共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法具体为:
亚胺基COF、苯胺和溶剂混合,在超声的作用下进行分子交换反应,离心,洗涤,即得。
优选的,所述超声时间为20~60min;功率为240~360W;亚胺基COF在溶剂中的浓度为(0.5~2)mg/ml;所述反应温度为20~30℃。
优选的,所述反应后还包括离心、洗涤,所述离心的速率为 8000~12000rpm,所述离心的时间为10~60min;
所述洗涤为采用乙醇洗涤。本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子,由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比,本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法,包括:亚胺基COF和苯胺在溶剂存在下反应,得到P-COF纳米粒子。本发明将COF、单官能团竞争性单体与有机溶剂混合,在超声作用下进行分子交换,得到COF纳米粒子。所述方法具有快速、尺寸可控、普适性等优点。发明的方法与传统的液相剥离法相比速度更快,在30min内就可以制备均匀分散的COF纳米粒子;发明的制备方法可以选择性的制备20~150nm 的COF纳米粒子;发明的制备方法对亚胺类COF具有普遍适用性。所制备的 COF纳米粒子将在生物医用,气体分离,能源电池等领域具有重要应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的COF纳米粒子的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子、其制备方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法,包括:
亚胺基COF和苯胺在溶剂存在下反应,得到P-COF纳米粒子。
按照本发明,所述亚胺基COF的制备方法具体为:多醛基单体与 5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉反应,得到的P-COF。
具体的,首先多醛基单体与5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉反应,得到 P-COF。
本发明所述多醛基单体选自对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-双 (2-丙炔氧基)对苯二甲醛、2,5-双甲氧基对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛修饰的双醛基单体、苯三甲醛和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯中的一种或几种;优选为对苯二甲醛。
按照本发明,所述多醛基单体与5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉的摩尔质量比为(1~3):1;更优选为2:1。
所述反应的溶剂为邻二氯苯、正丁醇和乙酸。
本发明上述乙酸同时具有溶剂和催化的作用。
邻二氯苯和正丁醇的体积优选为0.25~1mL,更优选为0.5mL。3M乙酸体积优选为100~300μL,更优选为100μL。
即为,所述邻二氯苯、正丁醇和乙酸的体积比为0.5mL:0.5mL:0.1mL。
多醛基单体与5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉、邻二氯苯、正丁醇和乙酸的比例为:0.44mmol:0.22mmol:0.5mL:0.5mL:0.1mL。
所述反应为封管反应;所述反应的温度为100~130℃;反应的时间为3~7 天;更优选为105~125℃,反应3~6天;最优选为110~120℃;反应3~5天。
反应结束后进行离心操作,所述离心速率优选为5000~10000rpm,更优选为10000rpm。所述离心时间为5~15min,更优选为10min。
即为:本发明所述共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法具体为:
亚胺基COF、苯胺和溶剂混合,在超声的作用下进行分子交换反应,离心,洗涤,即得。
根据本发明,所述超声能起到辅助剥离分散作用即可,并无特殊限制。优选为细胞破碎机所产生的超声。
本发明所述苯胺与P-COF的亚胺键的摩尔比为(0.01~0.5):1,更优选为(0.025~0.2):1。
本发明所述溶剂为乙醇、DMSO、DMF或THF中的一种或几种。
本发明所述亚胺基COF在溶剂中的浓度为(0.5~2)mg/ml;更优选为 1mg/ml。
混合后使用细胞破碎机进行液相辅助剥离,所述超声破碎机的功率使用功率优选为(240~360)W,更优选为300W。超声作用时间优选为(20~60)min,更优选为30min。本发明所述反应温度为室温,可以为20~30℃。
超声作用结束后,将混合溶剂进行离心并用乙醇洗涤去除DMF和苯胺以及小分子化合物,所述离心速率优选为(8000~12000)rpm,更优选为1000rpm 离心时间优选为(10~60)min,更优选为20min。同时用乙醇洗涤,优选为(2~5) 次,更优选为3次。
本发明提供了一种共价有机框架(COF)纳米粒子,由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
本发明利用单官能团竞争单体与COF间的分子交换作用,以及在超声的液相辅助剥离作用下可以制备COF纳米粒子。所述方法具有快速、尺寸可控、普适性等优点。发明的方法与传统的液相剥离法相比速度更快,在30min内就可以制备均匀分散的COF纳米粒子;发明的制备方法可以选择性的制备 20~150nm的COF纳米粒子;发明的制备方法对亚胺类COF具有普遍适用性。
本发明提供了一种制备共价有机框架(COF)纳米粒子的方法。将COF、单官能团竞争性单体与有机溶剂混合,在超声作用下进行分子交换,得到COF 纳米粒子。所述方法具有快速、尺寸可控、普适性等优点。发明的方法与传统的液相剥离法相比速度更快,在30min内就可以制备均匀分散的COF纳米粒子;发明的制备方法可以选择性的制备20~150nm的COF纳米粒子;发明的制备方法对亚胺类COF具有普遍适用性。所制备的COF纳米粒子将在生物医用,气体分离,能源电池等领域具有重要应用价值。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种共价有机框架(COF)纳米粒子、其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用到的试剂均为市售商品。
实施例1
将2.5mg P-COF与2.5ml DMF进行混合,并加入0μL、22.5μL、55μL、110μL、220μL苯胺。使用超声破碎机进行超声作用,功率为300W,时间为30min。超声结束后进行离心并用乙醇洗涤,离心率为10000rpm,时间为 20min,离心洗涤次数为3次。
图1为:实施例1中在各苯胺浓度下进行分子交换得到的尺寸可控分布均匀的COF纳米颗粒。标尺:500nm.
实施例2
将2.5mg LZU-1COF与2.5ml DMF进行混合,并加入220μL苯胺。使用超声破碎机进行超声作用,功率为300W,时间为30min。超声结束后进行离心并用乙醇洗涤,离心率为10000rpm,时间为20min,离心洗涤次数为 3次。
实施例3
将2.5mg TAPB-PDA COF与2.5ml DMF进行混合,并加入220μL苯胺。使用超声破碎机进行超声作用,功率为300W,时间为30min。超声结束后进行离心并用乙醇洗涤,离心率为10000rpm,时间为20min,离心洗涤次数为3次。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法,其特征在于,包括:
亚胺基COF和苯胺在溶剂存在下反应,得到P-COF纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述亚胺基COF的制备方法具体为:多醛基单体与5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉反应,得到的P-COF;所述多醛基单体与5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉的摩尔质量比为(1~3):1。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述多醛基单体选自对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-双(2-丙炔氧基)对苯二甲醛、2,5-双甲氧基对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛修饰的双醛基单体、苯三甲醛和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述亚胺基COF的制备方法中:反应的溶剂为邻二氯苯、正丁醇和乙酸;所述反应的温度为100~130℃;反应的时间为3~7天;所述反应后还包括离心,所述离心的速率为5000~10000rpm,所述离心的时间为5~15min。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述苯胺与P-COF的亚胺键的摩尔比为(0.01~0.5)1。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂为乙醇、DMSO、DMF或THF中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述共价有机框架(COF)纳米粒子的制备方法具体为:
亚胺基COF、苯胺和溶剂混合,在超声的作用下进行分子交换反应,离心,洗涤,即得。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述超声时间为20~60min;功率为240~360W;亚胺基COF在溶剂中的浓度为(0.5~2)mg/ml;
所述反应温度为20~30℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述反应后还包括离心、洗涤,所述离心的速率为8000~12000rpm,所述离心的时间为10~60min;
所述洗涤为采用乙醇洗涤。
10.一种共价有机框架(COF)纳米粒子,其特征在于,由权利要求1~9任意一项所述的制备方法制备得到。
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