[發明專利]離子液體功能化金屬卟啉基多孔有機聚合物多相催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010866907.1
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112023980B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 陳亞舉;紀紅兵;任清剛
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;B01J31/22;B01J35/10;C07D317/36
• 代理公司: 廣州市科豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44467
• 代理人: 王海曼

本發明公開了離子液體功能化金屬卟啉基多孔有機聚合物多相催化劑及其制備方法與應用，旨在提供一種高比表面積、高孔隙率、高穩定性以及易分離和重復使用的多功能多相催化劑；以及該催化劑在無助劑和無溶劑條件下，實現較溫和條件下二氧化碳捕獲和高效高選擇性地催化轉化為環狀碳酸酯，其結構為：屬于有機合成技術領域。

技術領域

本發明涉及一種催化劑，具體地說，是一種離子液體功能化金屬卟啉基多孔有機聚合物多相催化劑，本發明還涉及該催化劑的制備方法，以及該催化劑催化環氧化物與二氧化碳進行環加成制備環狀碳酸酯的方法。

背景技術

自工業革命以來，化石能源不斷消耗導致大氣中溫室氣體二氧化碳濃度的持續上升，給人類生存環境帶來了諸多不利影響。因而，如何減少大氣中過量的二氧化碳成為全球關注的熱點議題。同時，二氧化碳也是一種廉價易得、安全無毒和儲量豐富的碳一資源。從可持續發展角度出發，將二氧化碳“變廢為寶”地轉化為高附加值的精細化學品，既能有效緩解溫室效應加劇帶來的生態問題，也能減少現代工業對化石能源的依賴(Chem.Rev.,2014,114,1709-1742；Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,7296-7343)。因此，無論是基礎研究還是工業應用領域，二氧化碳的捕獲和資源化利用都具有極其重要的意義。

目前，基于二氧化碳的化學反應已經得到了長足發展。其中，二氧化碳與環氧化物合成環狀碳酸酯的反應具有100％原子經濟性的特點。同時，環狀碳酸酯可用作非極性質子性溶劑、鋰電池電解液和合成中間體等，具有廣闊的應用前景(Chem.Rev.,1996,96,951-976)。迄今，報道用于上述環加成反應的主要催化劑有離子液體、堿、金屬鹽、金屬配合物和功能性有機聚合物等。其中，離子液體和金屬配合物體系具有反應條件溫和、高活性與產物選擇性高的特點(Green Chem.,2017,19,3707–3728；Chem.Commun.,2012,48,10808–10828)。然而，該類催化體系大多為均相催化體系，且需加入有機溶劑，存在催化劑難以回收和重復使用、產品分離純化過程復雜和高能耗的問題。

多孔有機聚合物作為一種新興的多孔材料，因具有高比表面積、高孔隙率、低骨架密度、高物理化學穩定性以及功能和結構可調等特點，廣泛應用于新材料、能源和催化等領域(Chem.Soc.Rev.,2015,44,6018-6034；ACS Catal.2011,1,819–835)。特別在二氧化碳利用領域，多孔有機聚合物的納米孔道對二氧化碳分子具有優異的富集能力且有利于反應物和底物分子的擴散傳質，高比表面積有利于活性中心的暴露(ACS Catal.2018,8,6961-6982)。同時，該類材料具有良好的物理化學穩定性且不溶于各類溶劑，能夠實現催化劑的簡捷分離和有效重復使用。近年來，基于多孔有機聚合物開發多相催化體系廣泛應用于二氧化碳與環氧化物合成環狀碳酸酯的反應(ACS Catal.2018,8,9079-9102)。然而，單獨以金屬配合物，如金屬卟啉，作為活性中心構筑于多孔有機聚合物框架中，在用于上述反應時往往需要加入季銨鹽等作為助劑。如此一來，同樣帶來了一系列的產品分離和純化問題(ChemCatChem 2017,9,767–773)。

因此，通過優化聚合單體結構和篩選聚合反應類型，設計和制備高比表面積、優異孔道結構、高穩定性和活性組分多元化的多孔有機聚合物多相催化劑，并實現較溫和條件下高活性高選擇性地催化純二氧化碳甚至低濃度二氧化碳環加成反應仍然是本領域的技術人員亟待進一步解決的技術問題。

發明內容

為此，本發明的第一個目的是提供一種高比表面積、高孔隙率、高穩定性以及易分離和重復使用的多功能多相催化劑。

本發明的第二個目的是提供一種簡單高效、環境友好、原料廉價易得的上述多功能多相催化劑的制備方法。

本發明的第三個目的是提供上述多功能多相催化劑作為環加成反應催化劑的應用，該催化劑在無助劑和無溶劑條件下，實現較溫和條件下二氧化碳捕獲和高效高選擇性地催化轉化為環狀碳酸酯。