[发明专利]生物基金属-有机气凝胶材料在CO2

说明书

本发明公开了一种生物基金属‑有机气凝胶材料在CO₂环加成反应中的应用，本发明以生物基可再生2,5‑呋喃二甲酸（FDCA）与金属配体为原料，通过热熔剂法制备具有比表面积大、骨架密度低及孔道丰富等优势的生物基金属‑有机气凝胶，并将生物基金属‑有机气凝胶作为非均相催化剂催化CO₂环加成反应制备环状碳酸酯；本发明催化剂制备方法简单、环保绿色、成本低廉，在催化CO₂环加成反应中用量少、转化率高、反应条件温和，适于工业化生产和市场推广应用。

技术领域

本发明公开了一种生物基金属-有机气凝胶（bio-MOAs）材料在CO₂环加成反应中的应用。

背景技术

CO₂既是造成温室效应的罪魁祸首之一，但更是一种廉价、无毒、丰富的C1资源。因此，利用和转化CO₂是实现其节能减排的有效途径，同时也是绿色可持续发展的长期目标和研究重点。CO₂与环氧化物发生环加成反应生成环状碳酸酯，因其具有100％原子利用的特点而成为目前CO₂资源化利用的研究热点。环状碳酸酯具有化学稳定性、离子电导率高、毒性低、增容能力强和反应绿色等优点，在聚碳酸酯和聚氨酯的制备、锂离子电池中的电解质和极性非质子溶剂等领域有巨大的商业价值和应用前景。但是由于CO₂热力学稳定性和动力学惰性，高效催化剂成为了以CO₂为原料制备环状碳酸酯的核心。围绕CO₂环加成制备环状碳酸酯的反应，科研人员开发了多种催化剂，例如金属氧化物、金属配合物、金属有机框架等。但是它们仍面临一些共性问题，比如成本高昂、反应条件苛刻，最重要的是不符合绿色可持续发展等问题。因此解决以上问题目前是研究的关键。

近年来金属-有机气凝胶引起人们广泛的兴趣，涉及的制备方法操作简单、绿色环保、成本低廉。金属-有机气凝胶是一类新兴的智能软材料，主要是通过金属和有机配体的配位作用或非共价相互作用，如氢键、范德华力、π-π堆积等，自组装形成半固体无定形的三维海绵状纳米材料。由于MOAs具有比表面积大、骨架密度低、合成手段多样，在催化、吸附、传感和生物医学等领域具有应用前景。其中，由于MOAs较大的比表面积以及大量暴露的金属活性位点，赋予MOAs作为新型催化剂独特的优势。大多都用吡啶部分修饰的配体、含有咪唑基、羧基和膦基的配体来与金属离子配位以制备金属-有机凝胶。目前对苯二甲酸是应用最为广泛的含羧酸的有机配体，但是对苯二甲酸为石油化学衍生物。

由于化石资源的枯竭，目前人们对可再生能源的开发和利用越来越感兴趣。作为最丰富的生物质类型之一，从木质纤维素衍生的大量平台化学品已经开发出来，2,5-呋喃二甲酸便是其中一种生物基高分子材料。因其具有高附加值且绿色可再生，成为了包括对苯二甲酸在内的多种石油产品的替代品。2,5-呋喃二甲酸的双羧基基团可提供较强的配位键及易与质子氢形成氢键，因此被广泛用于合成聚酯、塑化剂、聚（对苯二甲酸乙二醇酯）、改性胺固化剂、以及聚酯多元醇等领域。

发明内容

本发明提供了一种生物基金属-有机气凝胶材料的新用途图，即其在CO₂环加成反应中的应用，本发明生物基金属-有机气凝胶材料是以生物基可再生2,5-呋喃二甲酸（FDCA）与金属配体为原料，通过热熔剂法制备具有比表面积大、骨架密度低及孔道丰富等优势的生物基金属-有机气凝胶（bio-MOAs），并且首次将其作为非均相催化剂催化CO₂环加成反应制备环状碳酸酯；生物基金属-有机气凝胶的制备方法操作简单、环保绿色、成本低廉，在催化CO₂环加成反应中用量少、转化率高、反应条件温和；

生物基金属-有机气凝胶的海绵状三维网状结构使得此催化剂有较大的比表面积，相互贯通的孔道结构，有利于底物与催化活性位点的结合及底物的传质，使得环状碳酸酯得到较高的转化率，且催化剂制备过程操作简单，反应条件温和；生物基金属-有机气凝胶是非均相催化剂，因此在反应中易于回收循环利用。