[发明专利]一种钙钛矿型泡沫金属复合电极及线性碳酸酯的合成方法

说明书

本发明公开一种钙钛矿型泡沫金属复合电极及线性碳酸酯的合成方法，涉及复合电极技术领域。一种钙钛矿型泡沫金属复合电极，其表达式为:Asubgt;1‑x/subgt;Bsubgt;1‑y/subgt;Csubgt;y/subgt;Osubgt;3/subgt;@泡沫金属,其中,x、y为摩尔分数，0≤x≤0.1，0≤y≤0.5；A为镧、钙、铈中的至少一种；B为镍、钴中的至少一种；C为镁、铜、钌、铂、钯中的至少一种；泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫银、泡沫钴、泡沫锌、泡沫钛、泡沫镍铁、泡沫镍铬铁、泡沫镍铬钨中的一种。本发明以钙钛矿型泡沫金属复合电极为阴极，环状碳酸酯和一元醇为原料，能够在常温常压等温和条件下电化学合成碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，同时联产丙二醇或乙二醇，且原料转化率及产品收率高，为一种绿色、环保、温和的有机电化学合成方法。

技术领域

本发明涉及复合电极技术领域，尤其是指一种钙钛矿型泡沫金属复合电极及线性碳酸酯的合成方法。

背景技术

线性碳酸酯(如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)是一类低毒、环保性能优异、用途广泛的化学品，在新能源电池、聚碳酸酯、聚氨酯、医药等行业具有广泛用途和市场。

目前，合成线状碳酸酯的方法主要有氧化羰基化法、二氧化碳与醇一步合成法、二氧化碳间接合成法等；其中，二氧化碳间接合成法备受关注并被广泛研究。酯交换法为二氧化碳间接合成法中最成熟的一种方法，也是目前工业生产碳酸二甲酯/碳酸二乙酯的主要方法；该法利用二氧化碳和环氧化物(环氧乙烷或环氧丙烷)合成环状碳酸酯(碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯)，再将环状碳酸酯与一元醇进行酯交换法合成线性碳酸酯(如碳酸二甲酯/碳酸二乙酯)并联产二元醇。

酯交换法的主要考虑因素包括催化剂选择、反应条件以及技术成本。酯交换法使用的催化剂主要包含均相催化剂以及非均相催化剂，其中均相催化剂主要有可溶性的金属碱(甲醇钠、乙醇钠等)、离子液体等，非均相催化剂主要包含金属氧化物(如Mg、Ca、Zr、Ce、Ti等的氧化物)和水滑石等催化剂。

对于可溶性的金属碱催化剂，以甲醇钠为例：以甲醇钠为催化剂，以碳酸丙烯酯、甲醇为原料合成碳酸二甲酯，虽然该反应可以得到可观的产品收率和选择性，但是在该反应过程中，甲醇钠遇水和二氧化碳会生成氢氧化钠和碳酸钠，使催化剂失效，造成催化剂的使用寿命大大缩短，并且碱性溶液会造成设备腐蚀和环境污染。

离子液体催化剂虽然在一定程度上可以改善催化剂难分离的状况，但是以离子液体为催化剂时，高温高压的工艺条件、高昂的离子液体价格也使合成成本极大提高，而且产物的收率和选择性需要进一步提高。

非均相催化剂如金属氧化物和水滑石催化剂一般都为固体催化剂，虽然比均相催化剂更易与产品分离，但是目前高温、高压(一般在150℃、1MPa及以上)的反应条件、较差的催化剂活性与稳定性也限制了其发展。

因此，急需寻找一种新材料和新的生产工艺，使得反应能够在常温常压下进行，反应条件温和环保，产物收率和选择性也较高，可解决目前工业酯交换法存在的反应条件苛刻、催化剂性能较差等问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提供了一种钙钛矿型泡沫金属复合电极，搭配惰性阳极，能够使得以环状碳酸酯和一元醇为原料生成线性碳酸酯的电化学合成反应在常温常压下进行，且反应温和、易控；同时，联产高附加值的丙二醇或乙二醇。

本发明还提供了一种线性碳酸酯的合成方法，为利用环状碳酸酯温和电化学合成线性碳酸酯并联产二元醇的合成方法；其中，以钙钛矿@泡沫金属复合电极为阴极，环状碳酸酯和一元醇为原料，在温和条件下电化学合成碳酸二甲酯/碳酸二乙酯，同时联产丙二醇或乙二醇，为一种绿色、环保、温和的有机电化学合成技术，产物收率和选择性高，是利用可再生绿色电力(如风电/光电)温和电化学合成高附加值化学品的重要途径。

具体的，本发明公开一种钙钛矿型泡沫金属复合电极，其表达式为:A_1-xB_1-yC_yO₃@泡沫金属,