[发明专利]一种含氮MOFs材料及其在催化低浓度CO2

说明书

本发明涉及一种含氮MOFs材料及其在催化低浓度CO₂环加成反应中的应用。以1,2,4三氮唑(TZ)，3‑氨基‑1,2,4三氮唑(aTZ)或3,5‑二氨基1,2,4三氮唑(daTZ)为含氮配体与四水合氟化锌，通过水热的方法合成了三种含氮MOFs材料，用于低浓度CO₂环加成反应。本发明提供的三种含氮MOFs材料对催化低浓度CO₂环加成反应展示出良好的催化性能。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种含氮MOFs材料的制备方法及其在无溶剂温和条件下高效催化低浓度CO₂环加成反应中的应用。

背景技术

全球社会的能源需求主要通过燃烧包括煤、石油和天然气在内的化石燃料来满足。化石燃料的消耗会产生大量的温室气体二氧化碳。巨大的二氧化碳的排放，导致了诸如全球变暖、海平面升高、极端天气以及物种灭绝等一系列生态环境问题。因此，减少排放和减轻大气中二氧化碳浓度是迫切需要解决的问题。鉴于化石燃料在未来仍将是主要的能源来源，所以减少人为二氧化碳排放的最直接的战略是从点源(如燃烧化石燃料的发电厂的烟道气体)中去除二氧化碳。除了碳直接捕获技术，另一种策略包括捕获和随后的转换，将二氧化碳转化为高附加值的化学品和燃料。这样一来，二氧化碳的捕获和转换作为一种人为的碳循环，更具有可持续性，属于“绿色化学”范畴。

金属有机框架(MOFs)为一类相对较新的结晶多孔材料，由称为二级构建单元(SBU)和有机连接体的多金属单元构成。通过SBU的设计和功能化，MOFs的物理和化学性质可以被很好地调节，使其成为多种应用的很有前途的材料，如气体储存和分离、多相催化、传感和药物传递等。MOFs是一种很有前途的吸附剂和催化剂，具有独特的优点，如催化效率高、易于分离和重复使用以及良好的稳定性。MOFs在CO₂捕获和转化应用中，首先，MOFs对CO₂进行选择性的吸附；其次，基于MOFs的材料作为催化剂将CO₂转化为有机产品。利用MOFs的固有功能进行CO₂环氧化物环加成反应已得到广泛探索。这类反应可以产生具有多种应用的产物。具体而言，许多CO₂环加成反应的主要产物环状碳酸酯已被广泛用作生产工程塑料、锂离子电池电解质溶剂、极性非质子溶剂、脱脂剂和燃料添加剂的中间体。

发明内容

本发明的目的是通过油浴水热合成法制备含氮MOFs材料，将其用于对低浓度CO₂环加成反应的催化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种含氮MOFs材料，制备方法包括如下步骤：将含氮配体、四水合氟化锌和水置于三口烧瓶中，搅拌混合均匀后，置于高温油浴中持续加热回流搅拌12h，离心，所得固体洗涤、干燥，得含氮MOFs材料。

进一步的，上述的一种含氮MOFs材料，所述含氮配体是1,2,4三氮唑、3-氨基-1,2,4三氮唑或3,5-二氨基1,2,4三氮唑。

进一步的，上述的一种含氮MOFs材料，按摩尔比，含氮配体:四水合氟化锌＝1:1。

进一步的，上述的一种含氮MOFs材料，所述高温油浴的温度为160℃，升温速率为2-8℃·min^-1。

本发明提供的一种含氮MOFs材料作为催化剂在无溶剂下催化CO₂环加成反应制备环状碳酸酯中的应用。

进一步的，方法如下，于含有环氧化合物的容器中，加入含氮MOFs材料，加入或不加入共催化剂，通入CO₂，搅拌，于40-100℃下加热反应24h。

进一步的，CO₂的浓度按体积百分比为10-100％。

更进一步的，CO₂的浓度按体积百分比为10％。

进一步的，所述共催化剂是四丁基溴化铵。