[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明公开了一种用于催化CO₂环加成反应的ZIF‑8/CeO₂复合材料及其制备方法。其制备方法步骤为：1)制备纺锤体状CeO₂；2)制备ZIF‑8/CeO₂复合材料：将CeO₂粉末分散于甲醇溶液中，随后加入无机锌盐，在室温下搅拌得到分散液；将分散液与2‑甲基咪唑的甲醇溶液混合，反应结束后经后处理得到ZIF‑8/CeO₂复合材料。根据本发明的制备方法所得的ZIF‑8/CeO₂材料具有较高的比表面积和孔隙率，催化CO₂环加成反应的产物收率可达到90％以上，并且在第五次使用时催化活性没有明显下降，其重复使用性能明显高于ZIF‑8材料，是具有高稳定性的催化材料。

技术领域

本发明属于金属有机骨架材料的技术领域，特别涉及一种用于CO₂化学固定的高稳定性催化剂ZIF-8/CeO₂复合材料及其制备方法。

背景技术

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一类常见的金属有机骨架(MOFs)材料，由过渡金属离子与咪唑类有机物配位而成，具有沸石骨架结构。ZIFs不仅具有比表面积大、高孔隙率和高结晶度等优点，还具有孔径可调、结构和功能多样性的特点。因此，ZIFs材料在吸附、分离、催化和药物传输等领域有巨大的发展潜力，是目前新型纳米多孔材料的研究热点。

ZIFs材料的骨架上具有来源于金属离子的Lewis酸位点和来源于氮的碱性位点，因此可以作为非均相催化剂用于各类催化反应中，如CO₂环加成反应、Knoevenagel缩合反应、 Friedel-Crafts酰化反应和植物油的酯交换反应等。CO₂环加成转化为环状碳酸酯，是CO₂化学固定的重要方法之一，对减少碳排放、合理利用碳资源都具有重要意义。ZIFs可用于催化 CO₂转化为环状碳酸酯是由于其骨架中的Lewis酸位点可催化CO₂与环氧化物的反应，生成碳酸亚丙酯和聚碳酸酯的其他前驱体。此外，ZIFs由于其咪唑配体的碱性位点，具有很高的 CO₂吸附容量，因此能在CO₂转化为环状碳酸酯的反应出表现出较高的CO₂吸收率。并且ZIFs 的极性性质有利于CO₂极性碳氧键的结合和优先吸附。

但是目前大多数用于CO₂环加成反应的ZIFs催化剂仍存在着催化活性或选择性低，循环使用能力低等问题。此外，ZIFs材料的热稳定性存在一定的局限，并且在强酸强碱环境下容易分解，这大大限制了其在催化领域中的应用。因此，开发高效且具有高稳定性的非均相催化剂体系用于在温和条件下化学固定CO₂仍然具有挑战性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前现有技术中存在的上述不足，提供一种ZIF-8/CeO₂微纳米结构材料及其制备方法。该ZIF-8/CeO₂材料具有较高的比表面积和孔隙率，并且具有高的稳定性，在催化CO₂环加成反应中具有良好的催化活性和重复使用能力。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于CO₂化学固定的高稳定性催化剂ZIF-8/CeO₂复合材料，ZIF-8/CeO₂复合材料中CeO₂为纺锤体状，ZIF-8颗粒均匀负载在CeO₂的外表面；ZIF-8/CeO₂复合材料为微纳米结构，且具有多级孔结构；其中ZIF-8颗粒具有微孔结构，CeO₂则具有介孔结构。

其中ZIF-8颗粒的粒径为200-300nm，粒径均匀；其中纺锤体状的CeO₂的直径为1-2um、长8-12um。