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ChemSusChem:封装双核N-杂环卡宾(NHC)的复合材料Co2@MOF高效催化CO2到甲酰胺转化2022-11-10
南开大学化学学院马建功教授课题组在ChemSusChem期刊发文,以金属有机框架(MOF)作为载体及微反应器,开发了首例封装双核N-杂环卡宾(NHC)的复合材料Co2@MOF,实现以CO2及胺和硅烷试剂为原料,高效催化合成各种甲酰胺衍生物。

 

 

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CO2是温室气体的主要成分之一,过度排放导致了严峻的环境问题,其回收利用是本世纪全世界关注的核心问题之一。CO2作为一种廉价、安全、可持续的C1资源,可参与化学品生产以替代石化产品。甲酰胺是广泛应用于聚合物、聚酯、橡胶、油漆、药品和农用化学品以及锂离子电池生产中的溶剂和试剂的化学品。因此,由胺和CO2合成甲酰胺具有重要意义。然而,用于CO2转化为甲酰胺的可回收催化材料非常有限,其中大部分受到苛刻的反应条件、贵金属催化、辅助碱等的影响。

鉴于此,南开大学化学学院马建功教授团队以金属有机框架(MOF)作为载体及微反应器,通过“ligand-in-dimer-trap”策略,开发了首例封装双核N-杂环卡宾(NHC)配合物[Co(IPr)Br]2(μ-Br)2(Co2, IPr=1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene)的主客体复合材料Co2@MOF。基于MOFs具有较高的比表面积和孔隙率的优点,且结合N-杂环卡宾(NHC)配位络合物的非凡活性,使得该无贵金属催化剂Co2@MOF结合了均相和多相催化的优点。在没有任何其他添加剂的情况下,以CO2及胺和硅烷试剂为原料,催化合成各种甲酰胺衍生物,并且与已知的非均相催化剂相比,在温和环境下合成MFA(N-methyl-N-phenylformamide)表现出最佳性能。作者对双活性中心Co2@MOF催化剂进行了同步加速器X射线吸收、电子显微镜、光谱学、X射线衍射、固态NMR和DFT计算等多种技术的综合研究,解释了双核活性物质的分子水平分散及催化机理。该工作开发了一种新的分子水平分散的双活性中心非均相催化剂Co2@MOF,该材料有良好的稳定性、活性、可重复使用性和底物适应性,这对于CO2转化和甲酰胺的合成提供了绿色途径,且为新一代的催化剂的发展提供了指导。此外,该研究对材料、催化、环境、合成和工业化学等广阔领域具较高的价值。

文信息

MOF-Supporting Binuclear N-Heterocyclic Carbene-Cobalt Catalyst for Efficient Conversion of CO2 to Formamides

Dr. Zhenzhen Zhou,Dr. Xiao Liu,Prof. Jiangong Ma,Prof. Peng Cheng

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202201386

 

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