[发明专利]高效催化二氧化碳合成环碳酸酯的杂多金属高效催化剂

说明书

本发明提供了一种杂多金属配位聚合物材料高效催化二氧化碳合成环碳酸酯的方法，涉及一种化学合成催化剂及其制备方法。该催化剂是一种杂金属配位聚合物材料，具有良好的热稳定性，其结构为1D双链的平面结构，所有的催化活性位点都暴露在外边，具有较高的催化转化效率和选择性。该催化剂具有结构稳定、不易分解、反应过程无需有机溶剂，适用范围广、产品收率高、合成成本低等诸多优点。本发明可以解决以往催化二氧化碳与环氧化合物反应转化为环碳酸酯反应中合成温度和压力高、催化剂用量大、反应时间长、产品收率低、选择性差等诸多问题，可以用于二氧化碳温室气体的资源化利用。

技术领域

本发明涉及化学领域，特别是涉及一种高效催化二氧化碳合成环碳酸酯的杂多金属高效催化剂及其制备方法。

技术背景

近年来，随着对碳污染的重视和碳化学的发展，CO₂作为碳资源的终态,也是主要的温室气体、又是重要的C1资源。由于储量丰富、无毒和惰性等特点受到越来越多化学工作者的重视。合理利用CO₂不仅能减弱环境问题，而且对缓解能源危机有重大的意义。但是二氧化碳的化学惰性阻碍了它在化学反应中的应用。近年来，越来越多的人们开始关注并探索能使二氧化碳活化的催化剂，并且将其作为原材料与其他简单有机物反应合成具有化学利用价值的各种有机化合物。环碳酸酯被广泛用作精细化工中间体、惰性非质子性极性溶剂、生物医药前体以及聚碳酸酯的原料；聚碳酸酯则广泛应用于工程塑料等领域。碳酸酯(包括环碳酸酯和聚碳酸酯)是化学固定CO₂成功的例子之一。因此，合理设计开发一种高效环保、条件温和、制备工艺简单、成本低廉和选择性高的催化剂是很有必要的。目前，已有很多文献报道关于二氧化碳固定的催化剂，主要有无机金属催化剂、有机季铵盐、膦盐催化剂、有机催化剂、金属有机框架(MOF)、有机框架材料(COF)和离子液体催化剂等，但是这些催化剂大多都有缺点，如催化剂不稳定、催化条件苛刻、催化效率低、制备成本高和选择性差等缺点，无法满足大规模的工业化需求。

综上所述，本发明设计合成了一种杂多金属高效催化剂适用于二氧化碳与环氧化合物生成环碳酸酯的反应，从而解决了上述大部分问题，具有潜在的工业化应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对目前二氧化碳与环氧化合物转化为环碳酸酯技术不足的问题，提供了一种杂多金属配位聚合物材料高效催化二氧化碳合成环碳酸酯的方法，该催化剂可以解决其他催化剂催化效率低、稳定性差、条件苛刻等问题。为了有效的解决目前催化剂存在的问题，本发明采用了全新的设计思路，将过渡金属与稀土金属有效的结合起来，利用多金属协同催化达到高效催化的目的，设计合成了一系列新型催化剂，用于催化二氧化碳和环碳酸酯的反应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

所述的合成催化剂所需的有机配体(L)的制备原料包括：5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯、水合联氨和芳香醛，其中，所述有机配体L具有以下结构：

该类配体的结构式如上所示，式中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅为苯环上相同或不同的取代基(H、羟基、甲基、乙基、烷氧基、叔丁基、羧基、醛基、二甲氨基、二乙氨基、卤素、季铵盐等)中的任意基团。

进一步的，所述的合成催化剂所需的有机配体(L)制备分两个步骤进行，第一步，将5-烯丙基-3-甲氧基水杨酸甲酯和水合联氨在溶剂中反应生成5-烯丙基-3-甲氧基水杨酰肼；第二步，5-烯丙基-3-甲氧基水杨酰肼与芳香醛在溶剂中反应，待反应结束后，产物经过滤、洗涤、干燥处理，得到白色固体。其中，上述过程用化学反应式表示为：