[发明专利]用于生产N-苯甲酰胺的非贵金属笼状MOFs催化剂及其制备方法和用途

说明书

一种可在温和条件下催化二氧化碳(COsubgt;2/subgt;)与芳香胺转化形成N‑苯甲酰胺高价值化学物质的非贵金属笼状MOFs催化剂(1，[Nisubgt;3/subgt;])及其制备方法和用途，其化学式为：[Hsubgt;2/subgt;N(CHsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;]subgt;2/subgt;{[Nisubgt;3/subgt;(μsubgt;3/subgt;‑O)(XN)(BDC)subgt;3/subgt;]·6DMF}subgt;n/subgt;，n为大于1的正整数，该非贵金属笼状MOFs的最小重复单元里包含1个三核镍簇，1个XN配体，3个BDCsupgt;2‑/supgt;，1个μsubgt;4/subgt;‑Osupgt;2‑/supgt;和2个‑Hsubgt;2/subgt;N(CHsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;supgt;+/supgt;。本发明材料具有优异的稳定性，为其在多个领域的实际应用提供了保障，在COsubgt;2/subgt;与芳香胺转化形成高价值N‑苯甲酰胺化学物质的反应中表现出超高的催化活性。本发明的优点：制备方法简单、制备周期短、产物纯净、产物稳定性高、催化反应效率高、催化底物范围广、催化反应条件温和、循环利用性能好。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种具有高效催化活性的非贵金属笼状MOFs催化剂材料，该材料基于非贵金属离子和有机配体构筑而成。

背景技术

近年来，CO₂作为一种温室气体引起了全球变暖、气候异常等一系列环境问题。有效捕获、封存和转化CO₂一直是化学、环境、化工及材料等领域极具研究意义和前景的课题。迄今为止，通过CO₂耦合和还原反应已合成诸多高价值的精细化学品，包括甲酸、碳酸盐、甲醛、甲烷、尿素、甲酰胺、恶唑烷酮和苯并咪唑等。其中，由CO₂和芳香胺催化还原反应产生的N-苯甲酰胺在异氰酸酯、农药和医药有机合成中的广泛应用备受科学家们的关注。迄今，虽有一些催化剂已被报道来活化此类反应，但若想获得较高产率，大多数催化剂需要更为严格的反应条件，如较长的时间(24小时)、较高的温度(90℃)和/或较大的压力(2.0MPa)。即使对于贵金属催化剂，也仅有一例能在温和条件下表现出优异的催化性能：1atm CO₂，2h，RTAu@Ir-PCN-222，但在循环过程中需要昂贵的成本和存在明显的贵金属Au泄露(0.21％)问题。因此，开发非贵金属催化剂并在温和条件下有效催化CO₂还原形成芳香甲酰胺非常重要但也充满了挑战。

基于诸多结构优势，非贵金属笼状/团簇基MOFs有望成为CO₂还原转化反应中具有良好前景的催化剂材料：1)框架中丰富的空腔/笼结构有利于CO₂的富集和储存，局部增加了CO₂的浓度，并可通过限域效应提高催化反应速率；2)不饱和非贵金属活性位点均匀分布在笼中，反应过程中有效地活化了底物和CO₂，进一步提高了原子经济利用率；3)高稳定MOFs作为非均相催化剂极易从反应体系中分离回收，有效地纯化了产物，降低了催化剂成本；4)明确的结构有利于在分子水平上探索CO₂、底物和骨架之间的相互作用和催化机理。构建新型的非贵金属笼状/簇状MOFs在CO₂的吸附、储存和转化方面具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有催化CO₂还原生产芳香甲酰胺反应条件严格或生产成本较高的问题，提供一种温和条件下高效催化CO₂与芳香胺转化形成N-苯甲酰胺高价值化学物质的非贵金属笼状MOFs催化剂，同时提供了该催化剂的制备方法和用途。

本发明的技术方案