高等学校化学学报2024,Vol.45Issue(10) :1-11.DOI:10.7503/cjcu20240113

Zr-MOF固载聚离子液体对CO2环加成反应的催化性能

Catalytic Performance of Zr-MOF Supported Poly Ionic Liquid for CO2 Cycloaddition Reaction

张孟佳 邹南 罗佳美 钟雄辉 李玲
高等学校化学学报2024,Vol.45Issue(10) :1-11.DOI:10.7503/cjcu20240113

Zr-MOF固载聚离子液体对CO2环加成反应的催化性能

Catalytic Performance of Zr-MOF Supported Poly Ionic Liquid for CO2 Cycloaddition Reaction

张孟佳 1邹南 1罗佳美 1钟雄辉 1李玲1
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作者信息

  • 1. 福州大学化工学院,福州 350007
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摘要

通过无溶剂限域封装,将二溴对二甲苯和4,4'-联吡啶吸附至UiO-67材料微孔中,并原位聚合成聚离子液体PBpy-Br,得到兼具Br-,Zr-OH/Zr-OH2和N杂环3种活性中心的复合材料PBpy-Br@UiO-67.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、13C核磁共振波谱(13C NMR)、比表面积分析(BET)和热重分析(TGA)等手段对材料进行了表征,并将其应用于催化CO2与环氧氯丙烷的环加成反应中.在单因素实验基础上,通过响应面优化确定的最佳反应条件为反应温度100 ℃、pCO2=0.1 MPa、催化剂用量(质量分数)0.22%以及反应时间22 h.在该条件下,环氧氯丙烷转化率达99.6%,催化剂循环使用5次后,转化率仅下降2.3%.此外,对PBpy-Br@UiO-67的普适性进行了研究,将其用于催化其它环氧化物与CO2反应,转化率均在50%以上.研究结果表明,PBpy-Br@UiO-67催化剂具有反应条件温和及催化效率高的特点,为CO2的固定与转化提供了新催化体系.

Abstract

Through the method of solvent-free confined encapsulation,dibromo-p-diphenyl and 4,4'-bipyridine were adsorbed into the UiO-67 material,and then in situ polymerized into the polymer ionic liquid PBpy-Br.The com-posite PBpy-Br@UiO-67 contains three kinds of active centers:Br-,Zr-OH/Zr-OH2 and N heterocyclic.The structure was characterized by X-ray diffraction(XRD),Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy,scanning electron microscopy(SEM),13C nuclear magnetic resonance spectrometry(13C NMR),Brunauer-Emmett-Teller(BET)analysis and thermogravimetric analysis(TGA).The composite was applied to catalyze the cycloaddition reaction of CO2 and epichlorohydrin.On the basis of single factor experiments,the optimal reaction conditions determined by response surface optimization were 100 ℃,pCO2=0.1 MPa,PBpy-Br@UiO-67 mass fraction of 0.22%and 22 h.Under the optimum reaction conditions,the yield of cyclochlorocarbonate reached 99.6%,and the conversion decreased by only 2.3%after 5 cycles.When the composite was used to catalyze other epoxides,a conversion of over 50%was obtained.PBpy-Br@UiO-67 has milder reaction conditions and higher catalytic efficiency,which provides a new catalytic system for CO2 fixation and conversion.

关键词

聚离子液体/金属有机框架/UiO-67/无溶剂限域封装/二氧化碳环加成反应

Key words

Poly ionic liquid/Metal-organic framework/UiO-67/Solvent-free confined encapsulation/Carbon dioxide cycloaddition reaction

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基金项目

国家自然科学基金(22278079)

出版年

2024
高等学校化学学报
中华人民共和国教育部委托 吉林大学和南开大学

高等学校化学学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.067
ISSN:0251-0790
参考文献量43
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