甲烷是天然气中最主要的成分,其含量丰富且价格低廉,如何将其转换利用成为现在科研人员的研究热点问题。现在的工业生产中,通常将甲烷转化为合成气,然而该转换过程需要高温高压等消耗大量能源的步骤。在温和的条件下,甲烷活化十分困难,因为甲烷的C-H键很强,在大多数溶剂中溶解性差,极化困难,且甲烷容易过度反应和潜在的溶剂活化反应会导致反应的选择性较差。在过去的几十年里,人们付出了很多努力开发可以在温和条件下活化甲烷的催化剂,并取得了重大进展。最近研究发现硼化反应是一种很有希望的途径在来活化甲烷,且无需苛刻的化学条件。已经报道用于甲烷硼化反应的均相催化剂,包括铱、铑和钌有机金属配合物,对甲烷单硼化产物到二硼化产物的选择性为2:1到31:1,然而,这些均相催化剂具有非常开放的配位环境,从而容易分子间失活。因此,为了抑制均相催化剂的失活,我们将这些有机金属固定在各种多孔的固体载体上,比如共价有机框架,金属有机框架,硅材料等,形成非均相催化剂,从而可以循环使用催化剂,并通过载体的多孔性质提高反应的活性和选择性。1.第一部分工作根据非均相甲烷硼化的相关文献,选择了含有联吡啶基团的共价有机框架材料做为载体,通过后嫁接法固载有机金属铱[Ir（OCl）（cod）]₂,合成了Tp Pa-bpy-COF-Ir材料,我们优化了bpy-COF的合成条件,并检测了催化剂中铱的含量,将其用于甲烷硼化反应,优化了其反应条件,发现该材料在0.1 mmol的联硼酸频那醇酯（B₂pin₂）为限制试剂下,使用含1.2mmol的铱的COF材料,150℃,5 MPa的甲烷压力作用下,反应12小时,得到所需产物甲基硼酸频哪醇酯6.93%。我们在联吡啶基团配位铱催化剂中得到较好的结果,通过COFs载体比起均相催化,提高了4%的产物活性。我们查阅相关文献发现,联吡啶作为配体在较高温度和压力下,会发生金属的脱落和配体上的硼化,而菲啰啉配体比起联吡啶配体更具刚性结构,从而减慢了配体的硼氢化作用和催化剂的分解,所以我们接下来会继续探究合成含有菲啰啉的COFs材料,以用于固载有机金属铱用于甲烷硼化反应。2.第二部分我们首先查阅了均相C-H硼化文章,发现其中铱,钌,铑的表现最好,因为铱的催化活性较差,钌材料在空气中不稳定,所以我们选择活性最好而研究较少的有机金属铑催化剂用于硼化反应,我们先尝试各种铑催化剂用于甲烷硼化反应,发现只有[Rh Cp*Cl₂]₂可以得到较好的活性且未有相关报道,所以我们调变了该有机金属的均相反应条件,然后选择了一些非均相体系能够使用的配体将其配位,发现菲啰啉配体和均相铑配位后能得到较好的活性结果。因为均相[Rh Cp*Cl₂]₂具有较好的活性,我们设计合成含有菲啰啉配体的MOF材料,并将[Rh Cp*Cl₂]₂固载在MOF材料上,以固定活性中心[Rh Cp*Cl]Cl用于甲烷硼化反应,我们将材料进行表征发现Rh金属确实成功固载在UIO-67上。我们通过催化剂的调变,得到最好的催化活性19.8%,比起第一部分工作,得到了较大的突破,我们会继续筛择合适的配体和[Cp*Rh Cl₂]₂进行配位,寻找最合适的配体与载体,以期更好的活性结果。