[发明专利]一种催化二氧化碳与环氧化物环加成反应的离子液体功能化联吡啶类多孔聚合物催化剂

说明书

本发明公开了一种催化二氧化碳与环氧化物环加成反应的离子液体功能化联吡啶类多孔聚合物催化剂。合理设计咪唑离子液体和功能化联吡啶配合物单体，通过自由基聚合反应，制备得到具有高比表面积和丰富多级孔结构的联吡啶基多孔离子聚合物。该聚合物催化剂能高效、高选择性的催化二氧化碳和环氧化物环加成反应生成环碳酸酯。本发明的聚合物催化剂具有结构新颖、制备简单、催化选择性好、底物相容性优异、可重复利用的特点，丰富了环碳酸酯和多孔聚合物等相关领域的研究，具有很好的研究意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及多孔聚合物催化剂及其应用，特别是涉及一种催化二氧化碳与环氧化物环加成反应的离子液体功能化联吡啶类多孔聚合物催化剂。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是一种温室气体，也是一种无毒、丰富和可再生的碳一资源。近年来，将CO₂转化为精细化学品、化工基础原料和燃料已成为环境、能源和材料等领域的研究前沿。然而，CO₂分子中的C处于最高价态而显化学惰性，需要较高的能量或在催化剂作用下才能进行活化。其中利用催化剂和环氧化物环张力在温和条件下将CO₂转化成环状碳酸酯，是提高原子利用率、绿色可持续发展的途径之一，具有极高的基础研究意义和工业应用价值。

为实现CO₂和环氧化物环加成制备环碳酸酯的反应，研究人员发展了丰富多样的均相和多相催化体系。如金属卤化物、金属配合物、金属氧化物、离子液体、有机碱、金属有机框架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)以及多孔有机聚合物(POPs)等。通过对其反应机理的调研和分析，目前酸碱协同活化机制最具代表性。然而，当前协同催化体系多为均相催化体系，具有催化剂难分离与循环使用、产物纯化过程复杂的问题；非均相催化体系也存在着催化剂制备困难等问题。

法国专利FR3052776-A1，通过制备胺化合物或其互变异构形式化合物为催化剂，在二氧化碳存在下将环氧化合物转化为环碳酸酯。但此类催化剂回收困难，产品纯化过程复杂。

韩国专利KR1864998-B1，报道了一种2,20-dioxa-10,12-diaza-1-aluminapentacyclo-icosa-3(8),4,6,9,14,16,18-heptaene化合物催化CO₂和环氧化物制备环碳酸酯。但此化合物合成复杂，催化过程中需要加入铵基或胺基共催化剂。

中国发明专利申请CN 108993610 A，报道了一种有机-无机杂化无定形介孔钛硅材料的制备及其催化CO₂和环氧化物生成环碳酸酯的用途。但该催化剂制备需要调节酸碱性和选取合适的钛硅比材料，增加制备难度和成本。

发明内容

基于开发高效、稳定和易循环的多相催化体系的巨大挑战。本发明通过由下而上(bottom-up)的策略设计了离子液体功能化联吡啶配合物单体，利用自由基聚合反应制备得到同时包含丰富的卤素离子和路易斯酸性位点、具有高比表面积和丰富多级孔结构的双功能联吡啶基多孔离子聚合物催化剂。该催化剂能在无溶剂和无助剂条件下协同催化CO₂与环氧化物的环加成反应制备环碳酸酯。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

一种催化二氧化碳与环氧化物环加成反应的离子液体功能化联吡啶类多孔聚合物催化剂，以离子液体和功能化联吡啶配合物为单体，通过自由基聚合反应，制备得到具有高比表面积和丰富多级孔结构的联吡啶基多孔离子聚合物催化剂，结构见通式(Ⅰ)：

通式(1)中M为金属中心，选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一种；IL为带有双键的咪唑功能结构，选自

n＝0～10。

B为带有2个双键的苯类功能结构，选自