[发明专利]含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物及其制备方法与应用，其技术方案以含苯并咪唑离子液体的二醛类化合物为基本原料，与吡咯在酸性条件下一步制备得到离子液体基多孔卟啉聚合物Por‑PiP，进而以Por‑PiP为载体，与金属盐反应制备得到含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物MPor‑PiP，通过本发明制备得到的MPor‑PiP应用于二氧化碳的吸附与催化转化为环状碳酸酯化合物，二氧化碳吸附量大，催化反应条件绿色、温和、稳定，反应转化率和产物选择性高，产物分离简单，聚合物催化剂可简单回收和重复使用，MPor‑PiP结构为：

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体地说，是一种含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物多相催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法，以及该催化剂催化环氧化物与二氧化碳进行环加成制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

二氧化碳作为主要的温室气体，其大量排放将导致一系列环境和气候问题。随着“碳中和、碳达峰”目标的提出，如何减排二氧化碳与将其资源化利用并转化为高附加值化学品成为各领域研究热点课题。其中，二氧化碳与环氧化物通过环加成生成环状碳酸酯的反应作为二氧化碳利用极具潜力的策略而备受关注。目前，针对该环加成反应开发的催化体系主要在均相催化方面，故均相体系存在的催化剂难回收、产物分离提纯复杂等问题阻碍了该反应的规模化应用。同时，由于二氧化碳分子固有的热力学稳定性和惰性，在温和条件下将其转化为其他化学物质仍是一项巨大挑战。

近年来，多孔有机聚合物由于其本身具有优异的物理化学特性，尤其针对二氧化碳捕集与转化具有明显优势，故受到科学家们的高度关注。同时，通过对光合作用原理与酶促反应中“趋近效应”和“酸碱催化”机理的详细分析，基于金属卟啉的离子化多孔有机聚合物构建的仿生催化剂对二氧化碳捕集与转化反应中，可产生上述酶促反应相对应的效应，从而体现出酶催化反应的高效和温和等特点。到目前为止，通过合成卟啉单元反应一步制备多孔卟啉聚合物的文献较少，目前还没有报道含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物。此外，也没有通过单体中取代基性质来调控多孔框架孔道结构和催化活性，进而应用于二氧化碳的捕集与催化转化中。

因此，通过设计和优化苯并咪唑离子液体的聚合单体，通过简单生成卟啉单元的方式一步获得具有较高孔隙率、优异孔道结构和高稳定性的离子化多孔聚合物，并进一步构筑含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物，以此为多相仿生催化剂在温和条件下应用于纯二氧化碳甚至低浓度二氧化碳的捕集与高效转化中具有极其重要的意义。

发明内容

为此，本发明的第一个目的是提供一种高孔隙率、高稳定性以及易分离和重复使用的含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物多相仿生催化剂。

本发明的第二个目的是提供一种合成简单高效和环境友好的上述含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物多相仿生催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述多相仿生催化剂作为二氧化碳环加成反应催化剂的应用，该催化剂在温和反应条件下，不加入任何助催化剂和溶剂即可高效高选择性捕获并催化二氧化碳转化为环状碳酸酯。

为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：

一种含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物，该含苯并咪唑离子液体的多孔金属卟啉聚合物以含苯并咪唑离子液体为桥联单元，具有式(I)所示的结构：

其中，式(I)中：

所述M为AlCl、Zn、Co、CoCl、Cu、FeCl、Mg、MnCl、Ni、Cr和CrCl其中任意一种；

所述的X为卤素；

所述的m为1-10的整数；

所述的的R₁和R₂为甲基、乙基、丁基和苄基的其中任意两种。