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羟基和咪唑双官能化离子网络,协同催化CO2固定2020-07-15

标   签:学科前沿

关键词:双官能化 离子液体 CO2固定

功能高分子材料因其在多相催化、气体吸附和分离等领域越来越多的应用需求而备受关注。二氧化碳(CO2)固定,即将这种温室气体催化转化为增值化学品。近年来,离子液体(ILs)广泛用作绿色介质和二氧化碳转化的催化剂,ILs阳离子上带有氢键供体如羟基、羧基能极大地提高二氧化碳和环氧化合物加成反应的催化效率。虽然均相IL催化剂在CO2的化学固定方面取得了很大的进展,但其操作和回收利用以及产物的分离纯化等方面存在明显的缺陷,在很大程度上阻碍了其实际应用。

基于此,江苏师范大学化学与材料科学学院陈国建及其合作者通过一锅法季铵化反应,构建了羟基和咪唑鎓盐的双功能化离子网络(IMIN-Br-OH),作为CO2在温和条件下转化的非均相催化剂。以下为功能化ILs聚合物合成示意图:

图1. 通过在TIPM构建块和DBPrOH连接物之间定向合成含羟基的咪唑离子网络(IMIN-Br-OH)

(图片来源:Chem. Commun.

随后研究人员为探索合成高附加值环状碳酸酯的最佳温和条件,设计了不含羟基的IMIN-Br和含羟基的IMIN-Br-OH作为对照,与模型底物环氧氯丙烷进行CO2转化反应。在60 °C下反应48小时,两者具有相似的产率。之后在30-50 °C区间,48-120小时区间控制相同条件,进行一系列反应,含羟基功能化材料的产率均优于不含羟基的对照组,且差异明显。说明溴离子和羟基在催化二氧化碳固定上具有协同作用。与IMIN-Br相比,羟基在IMIN-Br-OH的咪唑核中增强了环氧化合物的氢键强度,使得开环速度更快,催化效率更高,尤其是在较温和的条件下。之后将IMIN-Br-OH与惰性底物氧化苯乙烯、缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚和1,2-环氧乙烷进行二氧化碳固定反应的研究,在常压、80 °C下均能取得较高的产率。

图2. IMIN-Br-OH催化各种环氧底物对二氧化碳进行环加成产率条件:底物2 mmol,催化剂0.04 g,二氧化碳气球0.1 MPa, 40-80 °C,反应72小时

(图片来源:Chem. Commun.

综上所述,这种二合一的IMIN-Br-OH网络提供了多活性位点,在温和的条件下具有环氧化合物和二氧化碳加成的非均相协同催化活性。提出的多空离子网络协同催化的方法为CO2的环加成乃至其它催化反应提供了一种新思路。

原文链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cc/c9cc09643d

原文作者:

Yadong Zhang, Guojian Chen, Lei Wu, Ke Liu, Hu Zhong, Zhouyang Long, Minman Tong, Zhenzhen Yang and Sheng Dai

DOI: 10.1039/c9cc09643d

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