[发明专利]一种双通道混金属晶态催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种双通道混金属晶态催化剂及其制备方法和应用，该催化剂由Fe(NO₃)₃·9H₂O与Zn(CCl₃COO)₂·2H₂O构成前驱体，以H₃BTC为有机桥联配体组装形成；其制备方法是将前驱体和有机桥联配体混合，形成前驱体溶液，通过溶剂热反应，得到的固体物质即为目标产物；该催化剂可应用于催化C‑N偶联反应。与现有技术相比，本发明晶态材料同时具有疏水和亲水的两种性质的一维孔道、配位不饱和位点，对C‑N偶联反应具有较高的催化活性，最高催化效率达到98％，选择性高达100％。

技术领域

本发明涉及多孔配位聚合物领域，尤其是涉及一种双通道混金属晶态催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

过渡金属催化的制备C-N偶联反应是构建芳基碳-杂键非常经典的方法，是化学变化中最重要的过程之一。利用这些反应可以将简单的反应前体转变为结构复杂的分子，而过渡金属催化的偶联反应是最为强大的手段之一。由过渡金属催化的C-N偶联反应条件温和，适用范围广，易分离产物，能较好的兼容底物，产率较高。虽然偶联反应取得了大的发展，但在反应过程中还存在许多问题，例如一些催化剂催化效率不高，催化剂用量大，反应需要结构复杂的配体。

在专利CN 101466715A中，在Pd的催化下，芳基卤化物或芳氧基磺酞基化合物与胺在特定溶剂体系中形成C-N键的新方法。该方法能可以提高底物胺的转化，但催化剂合成步骤繁琐，同时催化反应需要在特定的溶剂中进行，限制了其在催化反应中的应用。在专利CN107803223A中公开了一种催化C-N偶联反应的二茂铁亚铜簇催化剂及其制备方法，该催化剂是基于二茂铁的硒/碲醚配体的亚铜簇配合物，以碘苯与咪唑在碱性条件下的偶联反应为模型反应，该系列催化剂自身稳定性高，在空气中可长期储存。但方法采用的硒/碲价格昂贵，限制了其在催化反应中的应用。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)是近年来新兴的一类热点多孔材料。其不仅有超大的比表面积和孔隙率，而且材料结构丰富、可调控。特殊的结构可以为反应提供高密度的活性中心以及巨大的反应空间，吸引了世界上众多材料及化学领域的科学家的研究兴趣。MOFs的合成最常采用的是一步反应，即通过有机配体和金属盐的自组装反应来实现配位聚合物的构筑，即通常所谓的“一锅法”。然而，金属离子及配体的配位模式的多样性和复杂性增加了自组装过程的不确定因素，因而合成过程的可控程度比较差，这大大限制了该类材料在催化中的实际应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种解决现有技术中大部分MOFs的组装过程不可控、结构多变且合成过程不可预知性较大以及传统方法制备出的催化剂稳定性差、制备步骤繁琐、活性低等技术问题的混金属晶态催化剂及其制备方法和应用。

为了解决现有技术存在的问题，本发明探索利用“分步组装”的方式，实现多孔配位聚合物的可控组装。利用Fe(NO₃)₃与Zn(CCl₃COO)₂合成的Fe₂MO(CCl₃COO)₆(CH₃OH)₃作为前驱体，引入均苯三甲酸等有机桥联配体，组装得到混金属的配位聚合物材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双通道混金属晶态催化剂，该催化剂是以铁盐与锌盐为前驱体，与有机桥联配体组装形成的三维结构的混金属晶态催化剂，所述的铁盐与锌盐的摩尔比为(1-2):1，所述的有机桥联配体与锌盐的摩尔比为(5-10):1。