[发明专利]一种含离子液体结构基元的共价-有机骨架催化反应器及其制备方法与应用

说明书

本公开涉及一种含咪唑盐离子液体结构基元的共价‑有机骨架晶体材料，并通过巯基‑烯Click反应，以共价键的形式将含离子液体结构基元的共价‑有机骨架材料锚定在壳聚糖基体中，发展了基于共价交联的共价‑有机骨架材料器件化新策略。该含咪唑盐离子液体结构基元的共价‑有机骨架晶体材料对CO₂具有较高的选择性吸附和催化性能，在气体分离及催化转化中具有良好的应用潜力。共价‑有机骨架晶体材料的上述特性在复合气凝胶中得到了很好的保持，并可用固定床催化反应器，实现在常压下对CO₂的环加成反应的流经式连续催化，为替代传统的反应瓶催化体系提供了新的思路。

技术领域

本公开涉及一种含离子液体结构基元的共价-有机骨架催化反应器及其制备方法与应用，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

共价-有机骨架(Covalent-Organic Frameworks,简称COFs)材料是由有机结构单元通过共价键形成的一类晶态多孔高分子材料。COFs以其大的比表面积、低的骨架密度、可控的物理化学性质、易于功能化以及合成策略多样化等优点，在近年来得到了蓬勃的发展。COFs的构筑策略主要基于其良好的结构可裁剪性和功能可调控性，通过改变构筑单元的几何及化学结构，来实现其特定功能性的表达。

由于全球气候变暖问题，CO₂气体的捕捉和封存技术备受关注。CO₂的化学转化使其由传统的废气变为一种廉价、丰富和高附加值的C1资源而被有效利用。目前，许多聚离子液体及其杂化体系对CO₂与环氧化合物的环加成反应具有很好的催化效果。但都限于在反应瓶或反应釜中的异相催化体系，反应结束以后需要借助离心分离等手段才能将催化剂从反应体系中分离出来。

COFs材料和无机晶体类似，其物理状态多为脆性的晶体粉末或颗粒。其作为催化剂的应用也仅仅停留在异相颗粒催化的层面。因此，制备既保留COFs晶体原有拓扑结构，又具有良好成型加工性能的COFs功能器件，如基于COFs材料的流经式催化反应器，将在现有催化体系基础上，实现底物的连续催化转化，且催化剂为固定床反应器，省去了离心分离的繁琐步骤，更接近于实际应用和工业化生产，该研究具有极大的理论和实践意义。

发明内容

针对以上现有技术，首先，本公开从COFs材料构效关系角度出发，设计合成含有咪唑盐型离子液体结构基元的COFs晶体，使该材料兼具离子液体的催化性能和聚合物骨架的多孔特性，后者保证了底物的传质和与高密度咪唑盐基团的接触，两者的协同作用实现了COFs材料对CO₂环加成反应的高效催化。

为此，在本公开的一个或一些实施方式中，提供一种用于制备含离子液体结构基元的共价-有机骨架的中间体L，该中间体L的结构式为：

其中X为卤素原子，包括Cl、Br和/或I等。

在本公开的又一个或又一些实施方式中，提供所述中间体L的制备方法，该方法包括以下步骤：

首先，以2-甲基-1,4-对苯二甲酸和甲醇为原料进行反应得到中间体A，其次，以中间体A和N-卤代琥珀酰亚胺为原料进行反应得到中间体B，再次，以中间体B和烯丙基咪唑为原料进行反应得到中间体C，最后中间体C与水合肼反应即得二酰肼单体，即为中间体L。

其中，中间体A的结构式为：

命名为2-甲基-1,4-对苯二甲酸二甲酯。

中间体B的结构式为：

命名为2-卤代甲基-1,4-对苯二甲酸二甲酯。

中间体C的结构式为：

命名为2-[(1-烯丙基)-3-咪唑基]-甲基-1,4-对苯二甲酸二甲酯。