[發明專利]一種含氮MOFs材料及其在催化低濃度CO2

在審

• 申請號: 202210628141.2
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN114917955A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 劉琳;陳強;韓正波
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C07D317/36
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明涉及一種含氮MOFs材料及其在催化低濃度CO₂環加成反應中的應用。以1,2,4三氮唑(TZ)，3?氨基?1,2,4三氮唑(aTZ)或3,5?二氨基1,2,4三氮唑(daTZ)為含氮配體與四水合氟化鋅，通過水熱的方法合成了三種含氮MOFs材料，用于低濃度CO₂環加成反應。本發明提供的三種含氮MOFs材料對催化低濃度CO₂環加成反應展示出良好的催化性能。

技術領域

本發明屬于催化技術領域，具體涉及一種含氮MOFs材料的制備方法及其在無溶劑溫和條件下高效催化低濃度CO₂環加成反應中的應用。

背景技術

全球社會的能源需求主要通過燃燒包括煤、石油和天然氣在內的化石燃料來滿足。化石燃料的消耗會產生大量的溫室氣體二氧化碳。巨大的二氧化碳的排放，導致了諸如全球變暖、海平面升高、極端天氣以及物種滅絕等一系列生態環境問題。因此，減少排放和減輕大氣中二氧化碳濃度是迫切需要解決的問題。鑒于化石燃料在未來仍將是主要的能源來源，所以減少人為二氧化碳排放的最直接的戰略是從點源(如燃燒化石燃料的發電廠的煙道氣體)中去除二氧化碳。除了碳直接捕獲技術，另一種策略包括捕獲和隨后的轉換，將二氧化碳轉化為高附加值的化學品和燃料。這樣一來，二氧化碳的捕獲和轉換作為一種人為的碳循環，更具有可持續性，屬于“綠色化學”范疇。

金屬有機框架(MOFs)為一類相對較新的結晶多孔材料，由稱為二級構建單元(SBU)和有機連接體的多金屬單元構成。通過SBU的設計和功能化，MOFs的物理和化學性質可以被很好地調節，使其成為多種應用的很有前途的材料，如氣體儲存和分離、多相催化、傳感和藥物傳遞等。MOFs是一種很有前途的吸附劑和催化劑，具有獨特的優點，如催化效率高、易于分離和重復使用以及良好的穩定性。MOFs在CO₂捕獲和轉化應用中，首先，MOFs對CO₂進行選擇性的吸附；其次，基于MOFs的材料作為催化劑將CO₂轉化為有機產品。利用MOFs的固有功能進行CO₂環氧化物環加成反應已得到廣泛探索。這類反應可以產生具有多種應用的產物。具體而言，許多CO₂環加成反應的主要產物環狀碳酸酯已被廣泛用作生產工程塑料、鋰離子電池電解質溶劑、極性非質子溶劑、脫脂劑和燃料添加劑的中間體。

發明內容

本發明的目的是通過油浴水熱合成法制備含氮MOFs材料，將其用于對低濃度CO₂環加成反應的催化。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種含氮MOFs材料，制備方法包括如下步驟：將含氮配體、四水合氟化鋅和水置于三口燒瓶中，攪拌混合均勻后，置于高溫油浴中持續加熱回流攪拌12h，離心，所得固體洗滌、干燥，得含氮MOFs材料。

進一步的，上述的一種含氮MOFs材料，所述含氮配體是1,2,4三氮唑、3-氨基-1,2,4三氮唑或3,5-二氨基1,2,4三氮唑。

進一步的，上述的一種含氮MOFs材料，按摩爾比，含氮配體:四水合氟化鋅＝1:1。

進一步的，上述的一種含氮MOFs材料，所述高溫油浴的溫度為160℃，升溫速率為2-8℃·min^-1。

本發明提供的一種含氮MOFs材料作為催化劑在無溶劑下催化CO₂環加成反應制備環狀碳酸酯中的應用。

進一步的，方法如下，于含有環氧化合物的容器中，加入含氮MOFs材料，加入或不加入共催化劑，通入CO₂，攪拌，于40-100℃下加熱反應24h。

進一步的，CO₂的濃度按體積百分比為10-100％。

更進一步的，CO₂的濃度按體積百分比為10％。

進一步的，所述共催化劑是四丁基溴化銨。