新型Co-或Zn-MOFs的制备及对CO2与环氧化物耦合反应的催化性能

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利用环境友好的CO2为原料制备具有商业价值的化合物具有诱人的前景,但是由于CO2反应活性低要发生反应需要克服较高的能量势垒,然而高活性底物可能更容易克服它的能量势垒,再加上催化剂进一步降低反应的活化能,这样就能使CO2与反应底物顺利的发生反应。环氧化物是高活性的起始原料,因此CO2固定转化研究最广泛的就是CO2与环氧化物发生耦合反应生成环状碳酸酯。本论文探索出两种新的路易斯酸碱一体化的催化体系并将其用于催化CO2与环氧化物耦合反应合成环状碳酸酯。第一部分采用溶剂热法合成了含有四配位钴和游离氨基的钴基金属有机框架化合物(Co-MOF),并通过X-ray单晶,粉末XRD,TGA,FTIR和N2吸附/脱附对其结构进行了详细的表征。对于Co-MOF催化的CO2与环氧化物的耦合反应,详细考察了不同的反应参数对催化活性的影响,包括反应温度、CO2压力、助催化剂用量、反应时间等。经过优化反应参数在100 oC,2 MPa,6 h的反应条件下碳酸丙烯酯的产率达到98%。Co-MOF对二氧化碳和其它环氧化合物耦合作用也表现出优良的催化性能,具有很好的普适性。同时该催化剂也有较好的的循环稳定性能,重复使用三次后催化活性没有显著的降低。基于实验结果提出了该催化体系可能的反应机理。第二部分同样采用溶剂热法成功合成了含有四配位和六配位两种锌及游离氨基的锌基金属有机框架化合物(Zn-MOF),并通过一系列如X-ray单晶,PXRD,TGA,FTIR,N2吸附/脱附,CO2吸附和XPS对其结构进行了详细的表征。在温和和无溶剂条件下Zn-MOF对CO2与环氧化物耦合反应具有高催化活性、高选择性和高稳定性。随后对影响催化活性的反应参数进行了系统的研究,包括反应温度、CO2压力、Zn-MOF催化剂用量、反应时间等,在90 oC,1 MPa,6 h的反应条件下碳酸丙烯酯的产率达到92%。Zn-MOF对二氧化碳和其他环氧化合物的耦合反应表现出很好的普适性,并且该催化剂也表现出很好的循环稳定性,重复使用六次后催化活性没有明显的降低。针对实验现象和催化剂的表征,分别提出了Zn-MOF作为单组分催化剂和与四丁基溴化铵(Bu4NBr)协同催化CO2与环氧化物耦合合成环状碳酸酯可能的反应机理。
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