新型多孔材料的制备及其在荧光传感和碘吸附上的应用

作     者：方雪纯 

作者单位：安庆师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：耿同谋

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：多孔有机聚合物 多孔无机-有机杂化聚合物 Friedel-Crafts反应 碘吸附 荧光传感 

摘      要：近年来,多孔材料的发展较为迅速,出现了多种不同类型。新型多孔有机材料的优点包括功能多样、合成方式较容易和结构易于修饰等,能应用于气体吸附存储、化学传感、分离、储能和多相催化等领域。在多孔材料中,大分子材料凭借其制备简单、灵敏度高,常被用作荧光传感器和I吸附剂。多孔有机聚合物(porous organic polymer,POPs)和多孔无机-有机杂化聚合物(porous inorganic-organic hybrid polymers,PHPs)因其物理化学性质稳定、比表面积高、孔隙结构开放、密度低和合成方法多在化学传感和碘吸附领域受到越来越多的关注。本文通过Friedel-Crafts反应,设计合成了4种POPs和1种PHPs,并研究了它们在荧光传感和碘吸附方面的应用。(1)成功合成了两种CTFs(TTPATTh和TTPATCz),且是首次以甲磺酸为催化剂用Friedel-Crafts反应合成了噻吩基共价三嗪骨架(TTPATTh)。TTPATTh的产率(99.59%)远高于基于咔唑基的CTF(TTPATCz,47.03%)。TTPATTh和TTPATCz具有较高的Brunauer-Emmetttteller(BET)比表面积,分别为1235和2501 m g,孔隙体积分别为1.60和2.23 cm g。随着三嗪环的引入,TTPATTh和TTPATCz对PA和碘的荧光传感灵敏度显著提高。TTPATTh对PA和碘的检测限分别为1.02×10和1.86×10mol L,TTPATCz对PA和碘的检测限分别为3.32×10和3.87×10mol L。且这两个CTFs都对碘有较好的吸附能力,TTPATTh和TTPATCz对碘的吸附量可达到2.58 and 3.82 g g(2)成功合成了两种富氮CMPs(TEDOT和TBTh),噻吩具有刚性共轭框架,在CMPs中引入噻吩单元,有助于形成具有高稳定性和孔隙率的多孔聚合物。TEDOT和TBTh的产率分别为80.83%和75.83%。由于杂原子(氮或硫)存在于结构中,这两个CMP是富电子的,所以能增强CMPs骨架与分析物之间的相互作用。这为这两种CMPs带来了不错的荧光检测2,4-二硝基苯酚(DNP)的能力。TEDOT和TBTh对DNP的检测限分别为1.59×10和1.38×10mol L。且这两个CMPs都表现出一定的碘吸附能力。(3)合成了一种新型的富氮PHPs(TMPS),产率约为84.83%。其对硝基类芳香族化合物具有很好的敏感性。通过氮气吸附脱附实验测得BET比表面积为45 mg。由于TMPS具有优异的共轭结构和富氮的特征,对DNP表现出了非常高的灵敏度和选择性。基于荧光检测实验得到的数据,通过计算得出检测限分别为16.3 ppb mol L。因此TMPS可以作为一种快速、灵敏的检测DNP的荧光传感器。