[发明专利]酸碱双功能化C3N4催化剂和环状碳酸酯的制备方法

说明书

酸碱双功能化C₃N₄催化剂的制备方法，步骤如下：室温下，将固态三聚氰胺和固态环三磷腈衍生物按照(2～40)∶1的摩尔比充分研磨，置于马弗炉中，以2℃/min升温速率升温至温度120℃～250℃，保持2h，随后以5℃/min升温速率升温至温度450℃～580℃，保持3h，冷却至室温后研磨得到淡黄色粉末，将该粉末加入到5wt％的盐酸溶液中，搅拌6h，用去离子水洗涤至中性，置于60℃烘箱干燥24h，得到酸碱双功能化C₃N₄催化剂。用该方法制备的酸碱双功能化C₃N₄催化剂，可在无任何溶剂和温和条件下，高效和高选择性的催化环氧化物和CO₂环加成反应制备环状碳酸酯，且催化剂多次循环使用后活性几乎不变。

【技术领域】

本发明涉及一种用于催化环氧化物和二氧化碳环加成反应制备环状碳酸酯的酸碱双功能化C₃N₄催化剂的制备方法。

【背景技术】

随着科学技术的进步和工业化的发展，大量的化石燃料被消耗，大气中CO₂浓度急剧增加，导致全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等温室效应加剧，这严重威胁到人类的生存和发展。但值得关注的是，同时CO₂也是一种储量丰富且廉价的C1资源，可望替代有毒的CO和光气等原料合成高附加值的化工产品。尽管关于CO₂资源化利用的研究已经很多，但通过CO₂与环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯是为数不多的实现工业化的CO₂资源化路线之一，该路线不仅符合绿色化学的观点，而且满足原子经济的原则。环状碳酸酯由于具有良好的生物降解性和溶解性，可以用作清洁型极性溶剂；也可以用作化妆品添加剂、高能密度电池和电容的电解液以及金属萃取剂等；还可用于合成树脂和聚碳酸酯等的中间体。

迄今为止，大量用于催化CO₂和环氧化物环加成反应的均相和多相催化剂被开发出来。均相催化剂主要包括金属卤化物、金属配合物和离子液体等；多相催化剂主要有金属氧化物、负载型催化剂和有机金属框架材料等。令人担忧的是上述很多催化剂含有有毒的重金属，而如今重金属污染已严重威胁到人类生存环境。C₃N₄材料由于具有高比表面积、大孔容、高含氮量和多种N物种等优异的特性，Ansari等首次将其应用于催化环氧化物和CO₂环加成反应，但催化活性不高。随后研究者通过降低聚合度增加缺陷位、负载金属引入酸性位、功能化以及使用模板剂提高比表面积等方式提高C₃N₄的催化活性。但上述报道 C₃N₄制备过程复杂，且收率较低。以三聚氰胺为前驱体制备得到C₃N₄收率最高，且原料廉价，但该前驱体制备的C₃N₄由于为大块状且比表面积小，催化环加成反应活性低，故未见报道。我们之前研究发现酸、碱和卤素协同催化能促进环加成反应。我们希望制备酸碱双功能化的C₃N₄与离子液体协同催化环加成反应。因而，本发明以开发廉价、制备方法简单、反应条件温和和高效稳定的酸碱双功能化C₃N₄催化剂为目的。

【发明内容】

本发明提供一种新型高效稳定的酸碱双功能化C₃N₄催化剂的制备方法，用该方法制备的酸碱双功能化C₃N₄催化剂，可在无任何溶剂和温和条件下，高效和高选择性的催化环氧化物和CO₂环加成反应制备环状碳酸酯，且催化剂多次循环使用后活性几乎不变。

为实现上述目的，本发明提供一种用于催化环氧化物和CO₂环加成反应制备环状碳酸酯的新型高效稳定的酸碱双功能化C₃N₄催化剂的制备方法，步骤如下：