[发明专利]一种具有二氧化碳催化转化应用的金属-有机框架材料及其制备方法与应用

说明书

本申请公开一种具有二氧化碳催化转化应用的金属‑有机框架材料及其制备方法与应用，以4,4',4''‑三羧基三苯胺为主配体，3,5‑二(吡啶‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三唑‑4‑胺为辅助配体，与锌的可溶性盐通过溶剂热反应制备得到，该材料化学式为：[M_m(L₁)_n(L₂)_b]·(DMAC)_q(H₂O)_p，式中L₁为4,4',4''‑三羧基三苯胺，L₂为3,5‑二(吡啶‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三唑‑4‑胺，M为金属离子Zn²⁺，m=3，n=2，b=1，q=2，p=1。本申请的材料对二氧化碳与环氧化物的固定反应具有优异的尺寸选择性催化性能，制备工艺简单，催化效率高，循环稳定性好，易于大规模制备。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种具有二氧化碳催化转化应用的金属-有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

CO₂是最主要的温室气体，人类活动排放的CO₂所造成的全球变暖已经对人们赖以生存的生态环境造成了显著的影响。为应对CO₂等温室气体所造成的危害，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国提出碳达峰和碳中和目标。碳中和是应对气候的重要指标，对于碳中和而言，其两条根本路径是CO₂减量和碳汇，其中CO₂减量包括CO₂减排、捕捉利用和封存(CO₂capture utilization and storage，CCUS)等措施。CO₂减排是实现碳中和的根本路径，目前，采用技术手段进行CO₂封存与利用是一种有效手段，但还存在着耗能和成本较高等问题。如果能在捕获二氧化碳的同时将其同步转化为高价值的化学品实现其在碳循环过程中的再利用，这将会是解决CO₂问题的有效手段。从绿色化学和原子经济的角度来看，将CO₂环加成到环氧化物中生成环状碳酸酯是非常有前景的，因为这一将CO₂加入化学品的反应不会产生任何副产物。然而，CO₂气体高的扩散性和动力学惰性一直制约着对其催化转化的应用，所以实现对于CO₂的吸附和活化变得至关重要。

开发一种既可以对CO₂分子有捕获功能且能够有效克服其能量势垒的催化材料具有一定的挑战。迄今为止，已经开发出了很多类型的催化剂，如：金属卤化物、金属络合物、铵盐、膦盐以及离子液体催化剂等，用于催化二氧化碳和环氧化物的环加成反应。不过这些催化剂大多存在一定的缺陷：循环利用性能不好、催化效率较低以及与催化剂与产物分离较为困难等。目前，多孔金属-有机框架材料(MOFs)因其有趣的结构、大的表面积和功能性而引起人们的广泛关注；它们已显示出丰富的应用性能，包括气体储存与分离、催化、药物输送、光学和磁性材料以及发光传感材料等。在CO₂的吸附和捕获方面，如果能在MOFs材料中引入富含氨基、三唑和硝基等和CO₂分子有强的作用能力的位点，同时借助MOFs存在的不饱和金属中心，那么这样的MOFs材料不仅能够通过主客体作用实现对CO₂的吸附，而且可以实现对其高效的催化转化。

发明内容

解决的技术问题：

针对现有技术的不足，本申请解决了目前存在的循环利用性能不好、催化效率较低以及与催化剂与产物分离较为困难等难题；提供了一种具有二氧化碳催化转化应用的金属-有机框架材料及其制备方法与应用。

技术方案：

为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：