[发明专利]微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微孔聚合物‑纳米金属粒子催化剂，尤其微孔聚合物‑纳米钯催化剂及其制备方法。其中微孔聚合物‑纳米钯催化剂的制备方法包括：将所制备的含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5‑三(4‑溴苯基)‑1‑烷基咪唑(TAI)进行反应得到微孔聚合物，再将微孔聚合物溶于DMF中，加入适量的H₂PdCl₄水溶液进行反应，最后加入过量NaBH₄，得到微孔聚合物‑纳米钯催化剂。本发明公开的微孔聚合物含氮量高，有多空隙结构，有助于提高过渡金属的负载量。且该催化剂催化活性强、选择性好、反应条件温和、重复使用性好，具有很好的市场应用价值。

技术领域

本发明属于金属纳米材料催化剂技术领域，涉及一种微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂、尤其微孔聚合物-纳米钯催化剂及其制备方法。

背景技术

过渡金属(例如钯、铂、锆、铪、钪或钛)承载于载体作催化剂在现代有机合成中有着广泛的应用。在异构催化过程中的纳米金属颗粒的性能已被发现是高度依赖于暴露的表面积，所以为了开发高性能的金属催化剂，控制颗粒的形状是一种有效的方法。将金属负载于多空隙孔结构的载体，增加了纳米金属催化剂与反应底物的接触面积，提高了催化活性。

Suzuki、Heck和Stille等耦合反应在实验室和工业上有极为广泛的应用。通常这类偶联反应是用膦钯配合物进行催化，但是这类昂贵的均相催化剂在重复利用和回收利用方面有着很大的困难。同时，经典Suzuki、Heck和Stille等耦合反应需要使用有毒的、可燃的、昂贵的有机溶剂，这和可持续绿色化学的理念背道而驰。

芳基氰在染色、农学、医学等领域有着广泛的应用。芳基氰传统的合成方法是根据Sandmeyer和Rosenmund-von Braun反应。这类反应的氰源是CuCN、KCN、NaCN等，是剧毒无机金属盐，势必会带来环境污染等问题。Beller等人使用廉价易得、环境友好、无毒的亚铁氰化钾作氰源进行研究，给基于芳香卤代烃为底物的氰化反应带了很好的前景。同时，催化氰化反应的钯催化剂也越来越得到关注。

本发明制备的微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂具有微孔结构，极大的增加了与反应物之间的接触面积，提高了催化效率。并且，本发明制备的催化剂是非均相的，反应完通过简易的过滤即可实现回收利用。可以预见，微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂在有机合成、制药、染色等领域有着良好的应用前景。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种催化活性强、重复使用性好的微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂及其制备方法。

根据本发明提供的第一个实施方案，一种微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂：

一种微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂包括含溴取代的三芳基咪唑基团的微孔聚合物和纳米级过渡金属粒子，且过渡金属粒子的粒径为2～100nm，优选3～50nm，更优选3～10nm；优选，该过渡金属可以是钯、铂、锆、铪、钪或钛。

优选，所述的微孔聚合物是含溴取代的三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-烷基咪唑(TAI)进行反应得到的微孔聚合物；该单体TAI具有以下通式(I)：

在通式(I)中，X表示氢原子或者1-5个碳原子的烷基。

优选，微孔聚合物具有以下结构式(II)：

优选，含溴取代三芳基咪唑基团的单体2,4,5-三(4-溴苯基)-1-烷基咪唑(TAI)的溴原子之间偶联形成具有微孔结构的聚合物。

根据本发明提供的第二个实施方案，微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂的制备方法：

微孔聚合物-纳米金属粒子催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：