[发明专利]一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂及其制备方法和应用。所述对称四齿膦配体铁类金属催化剂的结构为六配位的八面体模型结构，其结构式如下式I所示：本发明还公开了对称四齿膦配体铁类金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：将反应物A和溶剂混合得到白色悬浊液B；将铁盐和溶剂混合得到混合液C；将混合液C和悬浊液B混合反应，得到对称四齿膦配体铁类金属催化剂；其中，所述反应物A的结构式为：或本发明的对称四齿膦配体铁类金属催化剂能够有效选择性地还原二氧化碳为甲酸，其选择性能达到97.25％，并且在二乙胺存在的情况下通过形成一个酰胺化的中间体来得到甲醇。

技术领域

本发明涉及涉及电化学技术领域。更具体地，涉及一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

工业革命以来，化石燃料的大规模应用在带给人们诸多便利的同时，也造成了CO₂的过量排放，由此引发的全球生态环境恶化。若将其作为碳氧源，用合成各种化学品和材料，能同时缓解环境和能源两大危机，符合人类可持续发展的目标。

利用电解方法可以实现在一般条件下难以直接氧化或还原的化学反应。通过改变施加电压等条件，可以实现二氧化碳的电催化反应，主要有两种：(1)直接电还原二氧化碳合成高附加值有机化学品，例如CH₄，C₂H₄，HCOOH，CH₃OH，HCHO等；(2)电化学还原CO₂与有机物结合，生成羧基化产物等。目前用于二氧化碳电还原的催化剂主要有非均相纳米催化剂和均相分子催化剂两种。其中纳米催化剂产率相对较高但产物种类多样，选择性较差；而分子催化剂选择性通常较高但产率却较低。

在分子催化剂中，电催化还原CO₂效果好的催化剂基本为钌、铱、钯等贵金属。而关于廉价金属的研究较少，并且基于廉价金属的催化剂通常产率比贵金属低很多，选择性也较差，这限制了廉价金属在二氧化碳电催化还原方向的应用和发展。

因此，本发明提供了一种对称四齿膦配体铁类廉价金属催化剂及其制备方法和应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂。

本发明的另一个目的在于提供一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种对称四齿膦配体铁类金属催化剂，所述对称四齿膦配体铁类金属催化剂的结构为六配位的八面体模型结构，其结构式如下式I所示：

其中，R₁、R₂、R₃为相同或不同的基团，R₁、R₂、R₃各自独立地为氢原子、烷基、烷氧基、苯基、苄基、胺基、吡啶基、恶唑基；

Ln为过渡金属，所述过渡金属为铁、钴或镍；

L₁和L₂各自独立地表示卤素原子、乙腈分子、羧酸根基团、甲醇分子、水分子或四氢呋喃基团；其中，L₁、L₂均为与过渡金属Ln相连的引发基团，R₁、R₂、R₃均为与磷相连的取代基团。

优选地，所述R₁、R₂、R₃各自独立地表示氢原子、芳基或1-6个碳原子的烷基。本发明中烷基的引进增加了体系的溶解度，使其在溶液中最大程度的溶解；若引进芳基，芳基大的共轭体系使体系溶解性降低，从而使其易负载于表面进行催化反应。