[发明专利]一种聚合卡宾铱催化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种聚合卡宾铱催化剂及其制备方法、应用，所述聚合卡宾铱催化剂的化学结构式为：其中本发明的聚合卡宾铱催化剂为非均相催化剂，这样可以在催化实际反应过程中以水做溶剂，该聚合卡宾铱催化剂的疏水性和热稳定性显著增强，这非常有利于Ir‑H键的保护。

技术领域

本发明涉及聚合卡宾铱催化剂制备领域，具体而言，涉及一种聚合卡宾铱催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

甲酸(Formic acid)，俗称蚁酸，作为最简单的有机羧酸，与其他有机酸相比，其分子中既含有羧基又含有醛基，因此甲酸既有酸的性质，又有醛的性质。作为重要的化工原料，甲酸在橡胶、制革、医药、农药、染料、燃料电池、催化制氢、农业、环境保护及其他多种行业具有广泛用途，近年来国内甲酸需求量一直以10％以上的速度增长。值得注意的是，目前甲醇羰基化生产甲酸的工业方法既不环保又不经济。在过去的几十年里，CO₂由于其无毒、易得和可再生的特性而被认为是一种很有前途的碳源。因此CO₂加氢制甲酸是一种很有前景的替代方法。

CO₂加氢制甲酸反应需要在反应体系中加入碱性溶剂，使反应在热力学上可行。同时弱碱的加入，不仅可以与生成的甲酸形成甲酸盐，促使反应不断向右进行，且生成的甲酸盐容易与反应体系分离，而后进行分解，一方面得到甲酸，另一方面回收碱，从而实现碱的循环使用。研究表明，贵金属催化剂(Ir、Ru、Rh等)以及廉价过渡金属(Cu、Fe等)对于加氢反应都有着一定活性，但是缺点在于该类催化反应通常都需要在较高的反应温度下进行。环(烷基)(氨基)卡宾(CAACs)被证明是过渡金属的优良配体，因为其在激活小分子和热强键方面更有优势，所以被广泛应用于催化领域。

在CO₂加氢过程中，金属与H₂相互作用形成金属氢化物(M-Hs)是至关重要的，然后CO₂可以插入到M-H键中。一般来说，M-Hs在水中不稳定，除了水溶性配体(如tppms、tppts、pta)或极性取代体如酸性(-SO₃H、-CO₂H)、碱性(-NR₂)外，目前所用的催化剂只能在有机溶剂中使用。探索含高稳定性M-Hs活性中心的催化剂对提高CO₂加氢效率具有重要意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种新型结构的聚合卡宾铱催化剂，该结构的卡宾铱催化剂为非均相型，可以以水作为溶剂，氢氧化钠为碱，在室温下将CO₂转化为甲酸盐，摒弃了以往采用均相催化剂需要以有机溶剂作为溶剂的弊端，绿色环保，同时该催化剂的的疏水性和热稳定性显著增强，这非常有利于Ir-H键的保护。

本发明的第二目的在于提供一种上述聚合卡宾铱催化剂的制备方法，该制备方法简单、操作步骤前后衔接紧密，值得广泛推广应用。

本发明的第三目的在于提供上述聚合卡宾铱催化剂的应用，反应过程通过采用该催化剂，与传统反应过程相比具有条件温和、反应速率快、绿色环保等优点，为CO₂加氢制备甲酸盐提供了一种高效可行的新方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种聚合卡宾铱催化剂，所述聚合卡宾铱催化剂的化学结构式为：

其中