[发明专利]一种高效催化二氧化碳环加成反应的碱性功能化F-Mn-MOF-74纳米催化材料

说明书

本发明公开了一种纳米级碱性功能化F‑Mn‑MOF‑74催化材料的制备方法及高效催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应。将腺嘌呤或二甲基咪唑作为碱源和竞争性配体引入到合成Mn‑MOF‑74中，腺嘌呤或二甲基咪唑中氮原子上的孤对电子能够与2,5二羟基对苯二甲酸发生竞争配位作用，采用溶剂热法制备得到了具有纳米级功能化的F‑Mn‑MOF‑74晶体。腺嘌呤或二甲基咪唑不仅作为竞争性配体改变了Mn‑MOF‑74的晶体形态，还作为路易斯碱性位点的来源提高了纳米级碱性功能化的F‑Mn‑MOF‑74催化材料在二氧化碳与环氧化物环加成反应中的催化活性。采用溶剂热法合成的纳米级碱性功能化的F‑Mn‑MOF‑74催化材料，在反应温度为70‑130℃，反应压力为3bar‑19bar，反应时间为2‑14h，催化剂的加入量为1‑30mg的反应条件下催化环加成反应，具有优异的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米级碱性功能化F-Mn-MOF-74催化材料的制备及高效催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应，将腺嘌呤或2-甲基咪唑作为碱源和竞争性配体引入到合成Mn-MOF-74中，腺嘌呤或2-甲基咪唑作为有效的功能调节剂，在竞争性配位的策略下通过溶剂热法合成了一种纳米级碱性功能化的F-Mn-MOF-74催化材料，对于二氧化碳与环氧化物环加成反应具有高效催化作用。

背景技术

二氧化碳作为一种可引起温室效应的气体，对自然环境造成了很大的危害，但它又是珍贵的C1资源，具有产量丰富、无毒、廉价、不易燃等特点。近年来 , 化学固定CO₂越来越引起人们的关注, 可以利用CO₂这种无毒、不易燃的原料得到高附加值的产品，符合绿色化学的要求，有较大的环境效应和经济效应，利用CO₂和环氧化物反应生成环状碳酸酯是成功利用CO₂的成功例子之一，环状碳酸酯广泛地应用在碳酸酯聚合物的生产、非质子的极性溶剂、药物和精细化工的中间体和石油添加剂等方面，催化CO₂和环氧化物反应的催化剂有很多种，例如过渡金属配合物，离子液体催化剂，季胺盐，金属卤化物，金属氧化物等，是众所周知的。但目前使用的催化剂仍然存在催化活性不高、对空气/水分敏感、合成困难、反应需要加入有毒的有机溶剂等问题。因此，开发高效易得、性质稳定、条件温和及环境友好的催化剂是该研究的核心。

在这方面MOFs具有明显的优势，MOFs具有高度理想的特性，如高比表面积、秩序井然的多孔结构和多样化的手段用于功能化。具有足够强度和广泛分布的路易斯酸性和碱性位点的MOFs材料在二氧化碳与环氧化物的环加成反应中表现出优异的催化活性。而在部分MOFs材料中只含有单一的路易斯酸性或碱性位点，不能够满足高效的二氧化碳环加成催化作用，因此探索出同时具有路易斯酸性和碱性位点的MOFs催化材料对于高效化学固定二氧化碳合成环状碳酸酯至关重要。

本发明将腺嘌呤或2-甲基咪唑作为碱源和竞争性配体引入到合成Mn-MOF-74中，腺嘌呤或2-甲基咪唑中氮原子上的孤对电子能够与2,5二羟基对苯二甲酸发生竞争配位作用，通过溶剂热法制备得到了具有纳米级球状结构并且被功能化的F-Mn-MOF-74晶体。腺嘌呤或2-甲基咪唑不仅作为竞争性配体改变了微米级Mn-MOF-74的晶体形态，还作为路易斯碱性位点的来源提高了纳米级碱性功能化的F-Mn-MOF-74催化材料在二氧化碳与环氧化物环加成反应中的催化活性。

发明内容

本实验将腺嘌呤或2-甲基咪唑作为碱源和竞争性配体引入到合成Mn-MOF-74中，腺嘌呤或2-甲基咪唑作为有效的功能调节剂，在竞争性配位的策略下通过溶剂热法合成了一种纳米级碱性功能化的F-Mn-MOF-74催化材料，对于二氧化碳与环氧化物环加成反应具有高效催化作用。