[发明专利]MOF@POP核壳材料及其在制备环状碳酸酯中的应用

说明书

本发明涉及MOF@POP核壳材料及其合成方法和在制备环状碳酸酯中的应用。采用的技术方案是：是以NH₂‑UiO‑66(Hf)为核，5,10,15,20‑四(4‑吡啶基)卟啉钴Co‑TPy和2,4,6‑三(溴甲基)三甲基苯TBMBr反应生成的多孔有机聚合物CoTPy‑CAP为壳，构筑的MOF@POP核壳材料NH₂‑UiO‑66(Hf)@CoTPy‑CAP。NH₂‑UiO‑66(Hf)@CoTPy‑CAP作为催化剂可在无助催化剂、无溶剂和温和的条件下催化CO₂和环氧化物环加成合成相应的环状碳酸酯。本发明的方法具有反应条件温和，催化活性高，产品单一，循环性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种由CO₂和环氧化物环加成制备环状碳酸酯的方法，尤其是一种MOF@POP核壳材料(NH₂-UiO-66(Hf)@CoTPy-CAP)催化制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)作为主要的温室气体，也是一种廉价、无毒、储量丰富的C1资源。因此，利用CO₂作为原料制备化工产品是一种有效的固定CO₂的方法。通过CO₂和环氧化物的环加成反应来合成环状碳酸酯是一种有吸引力和可持续发展的策略之一，这不仅是因为其100％的原子经济，也因为环状碳酸酯具有巨大的工业潜力。碳酸酯类化合物作为一种有价值的化学物质，广泛应用于锂电池的电解液组分、塑料的中间体、药品、极性非质子溶剂和许多精细化学品中。虽然以CO₂和环氧化合物为原料合成环状碳酸酯的研究已经很广泛，但高温高压的恶劣条件仍然存在。因此，探索一种高效的、能促进CO₂与环氧化物在温和条件下反应的异相催化剂是很有必要的。到目前为止，已经开发了包括金属基催化剂和有机催化剂在内的多种催化体系。然而，在大多数情况下，这些催化体系都需要助催化剂，由于其均相的特性，使分离和纯化过程变得复杂。为了避免这种情况的发生，可以设计将亲核官能团和催化剂结合起来，在不加助催化剂和温和的条件下协同催化CO₂和环氧化物环加成反应制备环状碳酸酯。

金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子和有机连接体组成的一类有前途的多孔晶体材料，具有表面积大、孔隙结构可调、功能多样等优良性能。近年来，为了提高单一MOFs材料的性能，将MOFs材料与其他功能性材料杂化制备了基于MOFs的杂化材料，这些功能性材料包括金属氧化物/纳米颗粒，酶，金属卟啉，MOFs，COFs和POPs等，合成的基于MOFs的杂化材料不仅拥有单独组份的结构特征还表现出了新的特性。其中，多孔有机骨架材料(POPs)由于具有巨大的表面积和定义良好的孔隙结构，稳定的框架和扩展π-conjugation效应，在气体/液体分离、气体储存、催化、传感器和电荷载体等方面受到了越来越多的关注。杂化材料作为一种单一的催化体系，可以结合各自的优点，有效地消除其自身的缺点。因此，制备具有多功能催化位点的MOFs@POPs杂化材料，将为MOFs和POPs的应用提供广阔的前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种MOF@POP核壳材料(NH₂-UiO-66(Hf)@CoTPy-CAP)。

本发明的目的之二是提供MOF@POP核壳材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供MOF@POP核壳材料在催化CO₂和环氧化物环加成反应制备环状碳酸酯中的应用。

本发明采用的技术方案是：一种MOF@POP核壳材料，是以金属有机骨架材料NH₂-UiO-66(Hf)为核，5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉钴Co-TPy和2,4,6-三(溴甲基)三甲基苯TBMBr反应生成的多孔有机聚合物CoTPy-CAP为壳，构筑的MOF@POP核壳材料NH₂-UiO-66(Hf)@CoTPy-CAP。