[发明专利]一种双功能化的氧化硅催化材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种离子液体/苄醇双功能化的氧化硅催化材料的制备及其在催化二氧化碳和环氧化物合成环碳酸酯反应中的应用。其是以含双键功能化的氧化硅材料与含双键的离子液体、4‑乙烯基苄醇通过自由基聚合反应制备离子液体和苄醇双功能化的氧化硅材料。本发明催化剂制备所需原料简单易得、制备过程仅需一步自由基聚合反应完成，并且该催化剂具有高的功能基团含量、高比表面积和孔容，有利于底物和产物的扩散传质，能够高效催化环氧化物与二氧化碳环加成生成环碳酸酯反应，并具有底物的普适性。该催化剂制备过程简单、经济环保，可放大规模合成，具有重要的工业应用前景。

技术领域

本发明属于聚合物/氧化硅复合催化剂的制备及其应用领域。具体涉及一种双功能化的氧化硅催化材料及其制备和应用。

背景技术

二氧化碳是一种重要的廉价、无毒、可循环再生的C1资源，但随着全球工业的飞速发展以及地表植被的破坏，大气中的二氧化碳排放量与日俱增，是导致温室效应的主要因素，因此二氧化碳的捕获与应用是科学家们的研究热点，将二氧化碳转化为高经济价值的绿色化学品既能实现碳资源的有效利用，又能降低对温室效应的影响、减缓全球变暖的步伐。二氧化碳的转化和利用已经取得了飞速发展，可以用二氧化碳为原料合成如尿素、碳酸酯、聚碳酸酯、甲酸、聚氨酯等化学品。其中，二氧化碳和环氧化物合成环碳酸酯的反应尤为重要，环碳酸酯是重要的生物医药的前驱体以及溶剂，其毒性较低并可以生物降解、用途十分广泛。早在1943年，德国研究人员就利用正四乙基溴化铵催化环氧化合物与二氧化碳反应合成环碳酸酯。随后许多均相催化剂用于催化该反应相继被报道，例如离子液体、有机碱、金属盐、金属配合物等，均相反应体系的不足之处在于后续的催化剂分离及循环使用，并且常常需要加入大量的助催化剂，如四丁基溴化铵等。因此，合成无需助催化剂、并能够具有良好活性及循环稳定性的催化二氧化碳和环氧化物合成环碳酸酯的催化剂是该领域的研究热点，并具有良好的工业化应用前景。

最近，一系列催化二氧化碳和环氧化物合成环碳酸酯的双功能催化剂被报道。Seung Uk Son等人报道了一种含咪唑盐的微孔有机骨架材料T-IM，用于催化环氧丙烷与二氧化碳环加成反应生成环碳酸酯，该反应在1MPa压力下、150℃下反应10小时，产率为87％，TOF值可达134h^-1[Chem.Commun.2011,47,917-919]。冯守华等人报道了一种金属有机骨架材料，在通过后修饰引入季铵盐得到双功能催化剂，用于催化环氧丙烷与二氧化碳环加成反应生成环碳酸酯，该反应在2MPa压力下、80℃下反应8小时，产率为99％[J.Mater.Chem.A2015,3,23136-23142]。上述文献中利用的双功能催化剂为微孔有机聚合物或金属有机骨架材料，其制备过程复杂繁琐、单体较为昂贵，甚至需要用到昂贵的金属催化剂。而氧化硅材料制备过程相对简单、并且具有高比表面积和高孔容，有利于底物和产物的扩散传质，通过简单的双键自由基聚合反应便可将离子液体、苄醇等有机官能团嫁接到氧化硅材料上。该材料可以催化环氧化物与二氧化碳环加成反应生成环碳酸酯。该催化剂制备过程操作简单、经济环保，可放大规模合成，有工业化应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子液体/苄醇双功能化的氧化硅材料及其制备方法。

本发明的另一个目的是为了提供上述这种以离子液体/苄醇双功能化的氧化硅材料的用途，将其用于催化二氧化碳和环氧化物合成环碳酸酯反应的催化剂。

所述的离子液体/苄醇双功能化的氧化硅催化材料，其特征在于其比表面积为10～1000m²/g。

本发明所述的离子液体/苄醇双功能化的氧化硅催化材料其具体的制备步骤和条件是：