[发明专利]离子液体功能化金属卟啉基多孔有机聚合物多相催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了离子液体功能化金属卟啉基多孔有机聚合物多相催化剂及其制备方法与应用，旨在提供一种高比表面积、高孔隙率、高稳定性以及易分离和重复使用的多功能多相催化剂；以及该催化剂在无助剂和无溶剂条件下，实现较温和条件下二氧化碳捕获和高效高选择性地催化转化为环状碳酸酯，其结构为：属于有机合成技术领域。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体地说，是一种离子液体功能化金属卟啉基多孔有机聚合物多相催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法，以及该催化剂催化环氧化物与二氧化碳进行环加成制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

自工业革命以来，化石能源不断消耗导致大气中温室气体二氧化碳浓度的持续上升，给人类生存环境带来了诸多不利影响。因而，如何减少大气中过量的二氧化碳成为全球关注的热点议题。同时，二氧化碳也是一种廉价易得、安全无毒和储量丰富的碳一资源。从可持续发展角度出发，将二氧化碳“变废为宝”地转化为高附加值的精细化学品，既能有效缓解温室效应加剧带来的生态问题，也能减少现代工业对化石能源的依赖(Chem.Rev.,2014,114,1709-1742；Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,7296-7343)。因此，无论是基础研究还是工业应用领域，二氧化碳的捕获和资源化利用都具有极其重要的意义。

目前，基于二氧化碳的化学反应已经得到了长足发展。其中，二氧化碳与环氧化物合成环状碳酸酯的反应具有100％原子经济性的特点。同时，环状碳酸酯可用作非极性质子性溶剂、锂电池电解液和合成中间体等，具有广阔的应用前景(Chem.Rev.,1996,96,951-976)。迄今，报道用于上述环加成反应的主要催化剂有离子液体、碱、金属盐、金属配合物和功能性有机聚合物等。其中，离子液体和金属配合物体系具有反应条件温和、高活性与产物选择性高的特点(Green Chem.,2017,19,3707–3728；Chem.Commun.,2012,48,10808–10828)。然而，该类催化体系大多为均相催化体系，且需加入有机溶剂，存在催化剂难以回收和重复使用、产品分离纯化过程复杂和高能耗的问题。

多孔有机聚合物作为一种新兴的多孔材料，因具有高比表面积、高孔隙率、低骨架密度、高物理化学稳定性以及功能和结构可调等特点，广泛应用于新材料、能源和催化等领域(Chem.Soc.Rev.,2015,44,6018-6034；ACS Catal.2011,1,819–835)。特别在二氧化碳利用领域，多孔有机聚合物的纳米孔道对二氧化碳分子具有优异的富集能力且有利于反应物和底物分子的扩散传质，高比表面积有利于活性中心的暴露(ACS Catal.2018,8,6961-6982)。同时，该类材料具有良好的物理化学稳定性且不溶于各类溶剂，能够实现催化剂的简捷分离和有效重复使用。近年来，基于多孔有机聚合物开发多相催化体系广泛应用于二氧化碳与环氧化物合成环状碳酸酯的反应(ACS Catal.2018,8,9079-9102)。然而，单独以金属配合物，如金属卟啉，作为活性中心构筑于多孔有机聚合物框架中，在用于上述反应时往往需要加入季铵盐等作为助剂。如此一来，同样带来了一系列的产品分离和纯化问题(ChemCatChem 2017,9,767–773)。

因此，通过优化聚合单体结构和筛选聚合反应类型，设计和制备高比表面积、优异孔道结构、高稳定性和活性组分多元化的多孔有机聚合物多相催化剂，并实现较温和条件下高活性高选择性地催化纯二氧化碳甚至低浓度二氧化碳环加成反应仍然是本领域的技术人员亟待进一步解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明的第一个目的是提供一种高比表面积、高孔隙率、高稳定性以及易分离和重复使用的多功能多相催化剂。

本发明的第二个目的是提供一种简单高效、环境友好、原料廉价易得的上述多功能多相催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述多功能多相催化剂作为环加成反应催化剂的应用，该催化剂在无助剂和无溶剂条件下，实现较温和条件下二氧化碳捕获和高效高选择性地催化转化为环状碳酸酯。