[发明专利]一种有序多孔聚离子液体材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种有序多孔聚离子液体材料、制备方法及其应用。本发明的有序多孔聚离子液体材料的合成方法包括如下步骤：将中性氨基单体、离子液体与中性醛基单体在有机溶剂中混合均匀后，在醋酸催化剂的催化下通过席夫碱反应得到有序多孔聚离子液体材料。本发明制得的有序多孔聚离子液体具有晶型结构、较大的比表面积及规则的孔道结构。并将其应用于CO₂吸附及CO₂环加成反应中，拓宽离子液体的应用范围，丰富有序多孔聚离子液体的多样性，以及面向CO₂吸附与转化过程探索高性能新材料。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及有序多孔聚离子液体材料、制备方法及应用。

背景技术

共价有机框架材料是一种由轻元素组成的(如B、H、C、N、O)，通过共价键连接的有机多孔框架材料。并且COFs材料的设计需满足两点：(1)构筑单元通常具有刚性对称性结构；(2)合成共价有机框架材料的反应一般是可逆反应。离子型共价有机框架是构筑单元中至少有一个具有离子型结构的共价有机框架。该材料的设计、合成与中性共价有机框架材料的制备相同，同样具备晶型结构、低密度、高比表面、高稳定性、易于功能化等特点。对于离子型共价有机框架材料而言，其离子型构筑单元的引入改变了整个骨架的电荷，从而促使了新的特点的出现，如具有离子交换性能、能引入更多的官能团等。这些特点使得离子型共价有机框架材料在多相催化、离子交换、光电、气体的吸附与分离、能量的储存等领域具有额外的优势。

多孔聚离子液体是以离子液体为合成单体，通过自聚或是同其他单体共聚得到的固体材料。它将离子液体的特点与聚合物相结合，开拓了离子液体与多孔材料交叉领域的新方向。多孔聚离子液体不仅具有离子液体的高离子密度、高电子传导性等特点还具备多孔材料的大比表面积、多孔性、易回收等特点，使得这类材料在气体的吸附、能源储存、多相催化具有更广阔的的前景。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，提出一类有序多孔聚离子液体材料、制备方法及其应用，将离子液体引入到共价有机框架材料中，应用于CO₂吸附及CO₂环加成反应中，实现了高效的CO₂捕获及转化。

目前，合成多孔聚离子液体的方法有多种多样，但获得与离子型共价有机框架材料类似的多孔有机框架材料，即通过在分子级别直接聚合形成具有有序结构、多孔性、可控的孔道结构的晶体材料，显然是一个巨大的挑战。

本发明将离子型有机框架材料和多孔聚离子液体相结合，提出有序多孔聚离子液体材料。将该材料作为气体吸附剂及催化剂应用于CO₂的捕获及转化，具有较好的应用前景。

本发明探究了不同构筑单元(胺基单体、醛基单体及离子液体)投料比对材料结构、CO₂吸附性能以及催化性能，并且通过溶剂热法合成出一系列有序多孔聚离子液体。

本发明通过以下技术方案解决技术问题：一系列有序多孔聚离子液体，将离子液体引入到共价有机框架材料骨架中，实现有序多孔聚离子液体的高效吸附及催化性能。

离子液体能与CO₂形成较强的范德华力及静电相互作用力，有利于CO₂的吸附及转化。

共价有机框架材料具有较高的比表面以及有序的一维孔道，在吸附与催化反应中，有利于CO₂的吸附及底物的扩散，从而促进反应传质。

有序多孔聚离子液体具有较高的比表面、有序的一维孔道及高分散的离子活性位，有利于CO₂的吸附与转化。

本发明将多孔聚离子液体与共价有机框架材料相结合，制备一系列有序多孔聚离子液体，目的是实现CO₂的高效吸附及高效催化CO₂环加成反应。

本发明进一步提供有序多孔聚离子液体的制备方法，包括如下步骤：