[发明专利]一种核壳型复合催化材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种核壳型复合催化材料及其制备方法，属于复合材料制备方法领域。所述核壳型复合催化材料的制备方法是，首先制备具有开放性金属中心作为路易斯酸的金属有机框架材料Cu₃(BTC)₂为“核”，再对其进行离子型多孔有机框架材料iPOF‑TB‑Br^‑包覆并提供溴阴离子位点。本发明的核壳型复合催化材料兼具Cu₃(BTC)₂和iPOF‑TB‑Br^‑两种材料的优势，可用于在无均相协同催化剂存在的条件下高效地催化CO₂与环氧化合物反应，生成环状碳酸酯；本发明的核壳型复合催化材料制备方法简单易于操作、催化反应产率高、反应底物种类可扩展、催化性能重现性好。

技术领域

本发明涉及有机化学、材料化学、催化化学等交叉技术领域，具体涉及一种离子型多孔有机框架材料包覆封装金属有机框架材料所形成的核壳型复合催化材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的大量燃烧，使空气中CO₂气体浓度增加，是导致全球变暖的主要原因。CO₂气体的过度排放虽然对环境造成不利影响，但它同时也是一种储量丰富、无毒、可再生的C1资源，可以通过化学反应转化为多种具有经济价值的工业产品。因此，与单纯的CO₂吸附与储存相比，利用CO₂为原料进行化学反应，不仅可以减少空气中CO₂浓度，还可以实现C1资源的可持续、经济化利用，因此具有更好的应用前景。CO₂与环氧化物进行环加成反应合成环碳酸酯，是实现CO₂资源化利用的成功反应之一。

由于CO₂固有的热力学和动力学稳定性，在温和的条件下，特别是在低温和低压下，活化CO₂并实现其转化具有很大的难度，所以反应中催化剂的使用至关重要。金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)具有高比表面积、可调节孔结构等特点，向其中引入不饱和金属中心位点不仅可以提高CO₂气体吸附量，而且可以作为高效路易斯酸催化位点用于CO₂环加成反应。然而，这类具有单一位点的MOFs催化剂通常需要加入具有亲核位点的均相助催化剂才能实现催化转化。为了克服该缺点，通过对具有路易斯酸位点的MOFs催化剂进行后修饰引入离子液体功能团提供亲核卤素阴离子，可以实现双功能位点协同催化CO₂环加成反应。但是，目前采用的后合成修饰方法都具有一定程度的缺陷，例如：后修饰过程需要复杂的实验过程；所修饰的MOFs必须具有特定的活性基团(如：氨基、溴基、咪唑基等)，以对其进行离子液体位点嫁接；要求所修饰的MOFs具有超高的物理稳定性和化学稳定性等。因此，开发一种简单、温和且普适的修饰方法，并获得新型双功能协同催化剂用于在温和、无需协同催化剂存在的条件下即可高效催化CO₂转化是非常具有实际意义的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有用于催化CO₂环加成反应的双功能金属有机骨架材料合成方法复杂，且对金属有机骨架材料要求苛刻的问题，而提供一种双功能核壳型复合催化材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是，提供一种核壳型复合催化材料，其特征是利用一种离子型多孔有机框架材料为“壳”，对金属有机框架材料“核”进行包覆封装，获得具路易斯酸活性位点和亲核溴离子活性位点的双功能核壳型复合催化材料。

所述双功能核壳型复合催化材料的制备方法是：