聚酰亚胺类共价有机框架的液相剥离.pdfVIP

摘要

聚酰亚胺类共价有机框架（PI-COF-2）纳米片具有比块状PI-COF-2更好的溶剂分

散性、更多的活性位点、更短的离子传输路径，而广泛应用于吸附和分离、储能、传感、

催化等领域。然而，目前制备PI-COF-2纳米片的产率非常低，阻碍了其大规模应用。

液相剥离方法是一种操作简单、成本低、可在溶剂中高产量和大规模制备纳米片的方法，

但该方法还未被用来制备PI-COF-2纳米片。因此,开发一种简单、高产率制备PI-COF-2

纳米片的液相剥离方法显得尤其重要。鉴于此，本文开发了多酚-三乙酸甘油酯、氨基

酸-三乙酸甘油酯、吡啶-乙二醇三个体系对块状PI-COF-2进行超声辅助的液相剥离，

获得了高产率的少层PI-COF-2纳米片，并将其应用于光催化CO2转换为CO，表现出

了较好的光催化性能。此外，将多酚-三乙酸甘油酯体系也用作其他PI-COFs的液相剥

离，获得了较好的普适性。本文的主要研究内容如下：

1、以多酚为插层剂在三乙酸甘油酯中对块状PI-COF-2进行超声辅助剥离，少层

PI-COF-2纳米片的产率高达29%。多酚化合物中的羟基个数越多，酸性越强，纳米片

的产率越高。机理研究表明，多酚化合物通过与COF之间的π-π和氢键相互作用进入

了COF层间，造成了层间作用力的减弱，在超声波作用下块体COF被剥离成纳米片。

同时，将该方法应用于其他PI-COFs的液相剥离中（PI-COF-1、PI-COF-TT、PAF-110），

都可获得高产率和高质量的少层纳米片，证明该方法制备聚酰亚胺类共价有机框架纳米

片具有较好的普适性。

2、为了进一步提升PI-COF-2纳米片的层数选择性，我们开发了在三乙酸甘油酯中，

以9种氨基酸为插层剂，采用超声辅助的液相剥离方法，产率高达28.3%。纳米片厚度

为1-2nm，尺寸达到微米级。与多酚体系相比，纳米片的产率接近，而厚度为2层的纳

米片的比例（86%）有所提升。氨基酸的加入明显提高了PI-COF-2纳米片的产率。机

理研究表明，氨基酸分子中的氨基与PI-COF-2材料中的羰基形成氢键相互作用，促使

氨基酸进入COF层间以提高剥离效果。将PI-COF-2纳米片作为光催化剂应用于光催化

CO2还原为CO，CO产率为块状材料的三倍，具有较好的催化活性和稳定性能。

3、以5种吡啶为插层剂通过搅拌制备PI-COF-2插层化合物，然后将其置于乙二醇

中进行超声辅助的液相剥离。该方法的开发是为了进一步提升纳米片的剥离产率。该方

法制备出的纳米片产率高达43%，是目前的记录值。纳米片的尺寸为1-2μm、厚度为2

nm左右；两层以下纳米片的选择性高达84%。纳米片的晶型与化学结构并未被破坏。

机理研究表明插层剂通过氢键相互作用均匀的嵌入PI-COF-2的层间从而形成插层化合

物，在乙二醇中通过超声的作用将插层物剥离成纳米片。

关键词：PI-COF-2纳米片，液相剥离，插层剂，剥离机理，光催化剂

ABSTRCT

ThepolyimidecovalentorganicframeworkPI-COF-2nanosheetshavebettersolventdispersion,more

activesitesandshorteriontransportpaththanthebulkPI-COF-2,andtheyarewidelyusedinadsorption

andseparation,energystorage,sensing,catalysisandotherfields.However,atpresent,theyieldof

PI-COF-2nanosheetsisverylow,whichhindersitslarge-scaleapplication.Theliquidphaseexfoliation

methodisasimple,lowcostmethodforlarge-scalepreparationofnanosheetswithhighyieldinsolvent,

butithasnotbeenu