[发明专利]双离子二维有机多孔材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种离子型多孔有机框架材料及其制备方法，属于有机多孔材料制备方法领域。所述离子型多孔有机框架材料的制备方法是，首先由三种有机构筑单元发生聚合反应连接形成多孔有机框架基底，再对其进行离子交换引入路易斯酸性位点和溴阴离子位点。本发明的离子型多孔有机框架材料可以在不需均相协同催化剂存在的条件下高效地催化CO₂与环氧化合物反应，生成环状碳酸酯；本发明的离子型多孔有机框架材料的制备方法具有合成方法简单易于操作，合成的样品重现性好的优点。

技术领域

本发明涉及有机化学、材料化学、催化化学等交叉技术领域，具体涉及双离子二维有机多孔材料及其制备方法。

背景技术

随着全球人口的不断增加和工业化进程的加快，化石燃料的燃烧排放出大量的二氧化碳(CO₂)，使得空气中CO₂的含量不断增加，所造成的温室效应正在对全球气候及生态平衡造成影响，从而导致了严重的环境和生态问题。因此，现阶段如何控制、减少大气中CO₂的浓度已然成为人类面临的重大难题。但是，CO₂作为一种重要的C1资源，并且具有含量丰富、无毒、不可燃、廉价易得等特性，是非常理想的低成本工业原料。然而，由于CO₂中的碳为其最高氧化态，其标准吉布斯自由能为-394.38kJ·mol^-1，具有热力学稳定性和动力学惰性，不易活化。为使其能够发生化学反应，通常需要高温、高压或使用催化剂以降低反应所需能垒。因此，催化剂的选择尤为重要，高效的催化剂不仅可以提高CO₂的转化率，还可以降低反应过程所需的温度和压力，从而节约成本、降低对反应设备要求。所以，开发高效的催化剂是有效利用CO₂的关键。

多孔有机框架(Porous Organic Frameworks,POFs)材料是一类由预先设计的有机单体作为构建模块通过发生偶联、缩合等共价键连接反应而形成的纯有机多孔材料。从功能性利用角度出发，由于POFs材料具有丰富的多孔性质、比表面积大、结构性质稳定、易于设计剪裁和后修饰等优点，已经在气体吸附、气体分离、异相催化、荧光检测、能量存储等诸多领域展现出优异的应用性能。目前，以POFs材料作为催化剂已经能够实现催化CO₂进行环加成反应生成具有经济价值的工业原料碳酸丙烯酯。但是，已开发的POFs催化剂都具有一定程度的缺陷，例如：反应过程中需要协同催化剂；反应条件需要高温高压；反应时间过长等。这些缺点造成了工业成本的增加，不利于节能环保。因此，如何制备结构性质稳定且能够在温和、不需要协同催化剂存在的条件下即可高效催化CO₂转化的POFs催化材料依然是个挑战。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的多孔有机框架催化材料在催化CO₂环加成反应过程中需要协同催化剂和高温高压的问题，而提供一种双离子型多孔有机框架催化材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是，提供一种双离子型多孔有机框架催化材料，其特征是由三种有机单体发生聚合反应连接而成的具阴阳离子可调节位点的多孔有机框架材料，经过简单离子交换可以获得具有锌阳离子(Zn²⁺)和溴阴离子(Br^-)双功能位点的多孔有机框架催化材料，结构式如式(I)所示：

所述双离子型多孔有机框架催化材料的制备方法是：

步骤一：将溴化乙锭、联苯胺双磺酸、碳酸氢钠放入反应容器中，加入去离子水与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二乙基甲酰胺(DMA)混合反应溶剂，搅拌溶解；向其中滴入三聚氯氰溶液，升温至60～100℃下反应1～4天，得到混合液；溴化乙锭、联苯胺双磺酸、碳酸氢钠、三聚氯氰和溶剂的摩尔比为1:1:4～6:1.3～2.3:450～700。