醛-胺冷冻聚合制备共价有机框架气凝胶

       针对共价有机框架（COF）材料难成型和现有COF气凝胶机械强度低的问题，我们首次发展了一种基于冷冻聚合辅助制备COF气凝胶的方法。传统醛-胺聚合反应一般在室温至120 ℃的高温下进行，我们发现该反应在零下18 ℃的低温下也能进行。

       受此现象的启发，我们采用含有少量乙酸催化剂的1,4-二氧六环溶液为溶剂，溶解5 wt%的醛/胺单体，所形成的均一相溶液转移至自制的以铜块为底座的容器中，将铜块底座置于液氮中进行定向冷冻，限域在1,4-二氧六环冰晶缝隙中的单体在-18 ℃下聚合反应48小时，然后在4 ℃继续反应24小时，形成 冷冻凝胶（图中的 Step 1）；将冷冻凝胶转移至反应釜，补加乙酸水溶液和其他有机溶剂，进行晶化处理，得到晶态凝胶（图中的 Step 2）。

       简而言之，以1,4-二氧六环冰晶为模板，利用低温下的醛-胺反应和高温下的晶化处理，建立了制备COF气凝胶的普适性方法。所制备的COF气凝胶具有微米级的定向大孔结构，极大地改善了气凝胶材料的抗压缩性能。值得一提的是，该气凝胶的干燥过程不需要昂贵的超临界二氧化碳或冷冻干燥装置，在真空干燥箱中即可实现。

       最后，我们批量化制备了 1-4 mm的气凝胶填料，与防毒面具和空气净化器中的五种活性炭进行了VOC吸附性能比较。结果表明晶态COF气凝胶对苯、甲苯、乙苯、正己烷、二氯甲烷、丙酮等气相样品的吸附量优于活性炭。例如，晶态COF气凝胶对苯蒸气的吸附容量高达0.98 g/g，是活性炭材料吸附容量的二倍。

第一作者：陕西师范大学科研助理 朱淋 （同时特别感谢第二作者、在读硕士研究生丁璐瑶的辛勤付出）

通讯作者：陕西师范大学 刘忠山副教授、核生化灾害防护化学全国重点实验室 孔景临研究员

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386425004126?via%3Dihub