[发明专利]一种对CO2

说明书

本发明公开了一种对CO₂环加成反应具有高催化活性的铁基金属有机框架材料及其制备方法与应用，该材料的制备方法包括以下步骤：将铁簇和4,4‑二羧基二苯醚的粉末混合，用N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）溶解，然后加入乙酸；再进行程序控温溶剂热反应，制得铁基金属有机框架材料。本发明制备的材料对CO₂环加成反应具有高的催化活性，在同等条件下，其对CO₂环加成反应的催化效率是SBA‑15等传统催化剂催化效率的12倍以上，是ZIF‑8等金属有机框架材料催化效率的8倍以上，且材料表现出良好的水稳定性。对于催化CO₂环加成反应，制备用途广泛的环状碳酸酯，该材料是一种极具潜力的催化剂。

技术领域

本发明涉及催化CO₂环加成反应技术领域，特别涉及一种对CO₂环加成反应具有高催化活性的铁基金属有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

CO₂是一种资源丰富的、廉价的、可循环利用的化工原料，可以用来合成高附加值的化工产品，比如甲醇、甲酸和环状碳酸酯。对于CO₂和环氧化合物环加成制备环状碳酸酯这个反应来说，原子利用率是100％，且产物环状碳酸酯可用于合成化妆品，聚合物，药物和电池电解质，用途十分广泛，在工业上是一个非常重要的化学反应[P.Patel,B.Parmar,R.I.Kureshy,N. u.Khan,E.Suresh,ChemCatChem 2018,10,2401-2408.]。但利用CO₂和环氧化合物进行化学反应的一大挑战在于CO₂分子是高热力学和动力学稳定的分子，一般来说，将CO₂活化需要大量的能耗。但当CO₂分子遇到具有高活性的活性中心时，将会促进CO₂活化和进行化学反应。因此，开发出具有高催化活性的催化剂对于CO₂的化学转化意义重大。

目前用于催化CO₂环加成的催化剂可分为均相催化剂和非均相催化剂两大类。均相催化剂用于CO₂环加成反应已被广泛地研究。例如，Kawanami等人[H.Kawanami,A.Sasaki,K.Matsui, Y.Ikushima,Chemical Communications 2003,896-897.]利用[C₈-mim]⁺[BF4]^-离子液体在14MPa和 100℃下催化CO₂环加成反应5min，可以将环氧化合物完全转化为环状碳酸酯。但是均相催化剂存在难以将催化剂和产物分离以及催化剂难回收的问题。而非均相催化剂相比于均相催化剂，优势在于容易分离产物和催化剂，催化剂再生简单，因此非均相催化剂越来越受到研究者们的关注。目前已报道的非均相催化剂可大致分为两类：有一类催化剂对CO₂环加成反应具有良好的催化活性，但是材料的稳定性较差，比如MOF-5[J.Song,Z.Zhang,S.Hu,T.Wu,T. Jiang,B.Han,Green Chemistry 2009,11,1031.]和Mg-MOF-74[D.-A.Yang,H.-Y.Cho,J.Kim,S.-T.Yang, W.-S.Ahn,EnergyEnvironmental Science 2012,5,6465-6473.]；还有一类催化剂材料的稳定性良好，但是对CO₂环加成反应的催化活性较低，比如SBA-15[E.E.Macias,P.Ratnasamy,M.A.Carreon,Catalysis Today 2012,198,215-218.]，ZIF-8[C.M.Miralda,E.E.Macias,M.Zhu,P.Ratnasamy,M.A.Carreon, ACS Catalysis 2012,2,180-183.]和UiO-66[J.Liang,R.-P.Chen,X.-Y.Wang,T.-T.Liu,X.-S.Wang,Y.-B. Huang,R.Cao,Chemical Science 2017,8,1570-1575.]。在实际的工业应用中，开发既稳定对CO₂环加成反应又具有高催化活性的催化剂，是十分迫切的一件事。