專利名稱：傳導(dǎo)性開放骨架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般來說涉及包含有機(jī)骨架的多孔材料。本申請還涉及作為傳導(dǎo)材料有用的材料，以儲存和分離氣體分子，以及基于所述骨架的傳感器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)應(yīng)用中例如氣體儲存、分離、催化和傳導(dǎo)材料中對多孔材料的需求已經(jīng)日漸增加。有機(jī)多孔材料比其它無機(jī)或者金屬-有機(jī)多孔材料具有一些優(yōu)勢，包括:分子量更輕，更容易官能化，并且通常具有更佳的動力學(xué)穩(wěn)定性。此外，有機(jī)多孔材料比可比性的骨架更環(huán)保。當(dāng)前向聚合物結(jié)構(gòu)引入多孔性的方法主要基于在一定條件下將聚合物加工處理，或者通過從膠體系統(tǒng)制備聚合物。所有的玻璃質(zhì)聚合物包含一些空隙空間(游離體積)，盡管這通常小于總體積的5%。通過從熔化狀態(tài)快速冷卻至低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或者通過從溶脹的玻璃質(zhì)聚合物快速移 除溶劑，對于一些具有剛性結(jié)構(gòu)的玻璃質(zhì)聚合物有可能“凍住”最高達(dá)20%的額外游離體積。高游離體積聚合物當(dāng)前用于工業(yè)膜中以運(yùn)輸氣體或者液體。然而，這些材料中的空隙并不互聯(lián)，并且因此如通過氣體吸附所測定表現(xiàn)出低的可及表面積。此外，孔結(jié)構(gòu)不規(guī)則并且不是均一的。另一種現(xiàn)有類型的多孔有機(jī)材料包括包含大取代基的聚乙炔。自1983年起已經(jīng)觀察到聚(1-三甲基甲硅烷基-1-丙炔)(〃PTMSP〃)的高氣體通透性。該材料包含大的游離體積( 30%)，并且能夠從氣體或者水中分離有機(jī)化合物。PTMSP的穩(wěn)定性受到因?yàn)椴痪鶆虻目捉Y(jié)構(gòu)，暴露于熱、氧氣、放射線或者UV光，或者上述的任意組合所致的微孔性快速喪失的限制。最近，固有微孔聚合物(PIM)顯示具有超常的有機(jī)聚合物多孔性。如通過氣體吸附所測定，報導(dǎo)PM包含相對高的表面積(430-850m2/g)。PM的多孔性可能源于它們的有效抑制空間內(nèi)堆積的高度剛性和扭曲的分子結(jié)構(gòu)。然而，PIM在低壓力下表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
本公開提供由一種或者更多種類型核心和一種或更多種類型連接部分構(gòu)成的電或質(zhì)子傳導(dǎo)性開放有機(jī)共價骨架。在某些實(shí)施方案中，本文公開的共價有機(jī)骨架(COF)包括多個核心，其中每一核心與至少一個連接部分形成至少一個共價鍵；并且其中COF包含傳導(dǎo)性的核心部分和/或包含傳導(dǎo)性的連接部分。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本文公開的COF包含一個或更多個核心，所述核心基本上是平面的并且包含一個或者更多個取代或者未取代的芳基、取代或者未取代的芳族雜環(huán)、取代或者未取代的烯烴、或其組合。在仍然進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本文公開的COF包含一個或更多個核心，所述核心具有選自式1、I1、II1、IV、和V的結(jié)構(gòu):
權(quán)利要求
1.傳導(dǎo)性共價有機(jī)骨架(COF)，包含: 多個核心，其中每一核心與至少一個連接部分形成至少一個共價鍵；并且其中所述COF包含傳導(dǎo)性核心部分和/或包含傳導(dǎo)性連接部分。
2.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個核心基本上是平面的并且包含一個或更多個取代或者未取代的芳基、取代或者未取代的芳族雜環(huán)、取代或者未取代的烯烴、或它們的組合。
3.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個核心具有選自式1、式I1、式II1、式IV、和式V的結(jié)構(gòu):
4.權(quán)利要求3的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個核心具有式I的結(jié)構(gòu):
5.權(quán)利要求4的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個核心具有式Ib的結(jié)構(gòu):
6.權(quán)利要求4的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個核心具有式Ia的結(jié)構(gòu):
7.權(quán)利要求6的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個核心具有式Ia的結(jié)構(gòu):
8.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個核心具有包含至少一個雜原子的連接簇。
9.權(quán)利要求8的傳導(dǎo)性C0F，其中所述雜原子選自B、O、N、S、S1、P、Al、F、Cl、Br、和I。
10.權(quán)利要求9的傳導(dǎo)性C0F，其中所述雜原子選自B和N。
11.權(quán)利要求8的傳導(dǎo)性C0F，其中至少一個連接簇具有結(jié)構(gòu)式
12.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個連接部分具有由一個或更多個取代或者未取代的環(huán)組成的有機(jī)基主鏈；其中這些環(huán)中的一個或更多個被一個或更多個官能團(tuán)，包括另外的取代或者未取代的烴和雜環(huán)基團(tuán)或其組合進(jìn)一步取代；并且其中所述連接部分包含至少一個連接簇。
13.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個連接部分具有選自式I1、式II1、式IV、式V、式VI1、式VII1、式IX和式X的結(jié)構(gòu):
14.權(quán)利要求13的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個連接部分具有式IV的結(jié)構(gòu):
15.權(quán)利要求14的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個連接部分具有選自下列的結(jié)構(gòu):
16.權(quán)利要求13的傳導(dǎo)性C0F，其中一個或更多個連接部分具有式VII的結(jié)構(gòu):
17.權(quán)利要求16的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個連接部分具有式VII的結(jié)構(gòu):
18.權(quán)利要求17的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個連接部分具有選自下列的結(jié)構(gòu):
19.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性COF，其中一個或更多個連接部分具有包含至少一個雜原子的連接簇。
20.權(quán)利要求19的傳導(dǎo)性C0F，其中所述雜原子選自B、O、N、S、S1、P、 Al、F、Cl、Br、和 I。
21.權(quán)利要求20的傳導(dǎo)性C0F，其中所述雜原子選自B、O、和N。
22.權(quán)利要求21的傳導(dǎo)性C0F，其中至少一個連接簇具有結(jié)構(gòu)式
23.權(quán)利要求19的傳導(dǎo)性C0F，其中所述連接簇選自酰鹵、鹵化物、酯、羧酸、胺、羥基、醚、和酰胺。
24.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架，其中所述骨架被合成后官能化以包含金屬或者傳導(dǎo)性部分。
25.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架，其中所述COF具有至少3.0cmV1S^的空穴傳導(dǎo)遷移率。
26.權(quán)利要求25的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架，其中所述COF具有至少8.0cm2V^1 s^1的空穴傳導(dǎo)遷移率。
27.權(quán)利要求1的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架，其中所述COF能夠保持電荷達(dá)至少75μ S。
28.包含權(quán)利要求1所述的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架的柔性顯示器。
29.包含權(quán)利要求1所述的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架的半導(dǎo)體。
30.包含權(quán)利要求1所述的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架的氣體儲存裝置。
31.包含權(quán)利要 求1所述的傳導(dǎo)性有機(jī)骨架的化學(xué)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及包含傳導(dǎo)性共價有機(jī)骨架的材料。本發(fā)明還涉及可用于儲存和分離氣體分子的材料和傳感器。
文檔編號C07F5/02GK103228663SQ201180056905
公開日2013年7月31日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者奧瑪爾·M·亞紀(jì), 萬順, 克里斯蒂安·J·杜南, 王博, 鄧鶴翔 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會