双中心多孔聚合物作为多相催化剂实现CO2在温和条件下高效转化

来源 :催化学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cupzss
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
由于对化石燃料的高度依赖和二氧化碳(CO2)的过度排放,大气中CO2浓度从280 ppm上升到400 ppm左右,导致全球变暖和其他气候问题.在这种情况下,如何有效降低空气中的CO2浓度成为近年来最迫切的研究领域之一.另一方面,作为一种无毒、廉价且丰富的C1资源,CO2也可以转化为各种高附加值的工业产品,如甲酸、一氧化碳、甲烷、甲醇以及碳酸酯等.其中CO2与环氧化物转化生成环碳酸酯的环加成反应具有良好原子经济性,在近年来引起了人们的广泛关注.尽管已有多种多相和均相催化剂应用于该反应,但已有的催化剂特别是多相催化剂往往具有反应条件苛刻、催化剂易损失以及需要可溶性的共催化剂等缺点,从而限制了它们的进一步实际应用.因此,发展多相催化剂实现在温和和无共催化剂条件下的CO2环加成转化仍是一个挑战.本文通过自由基共聚的方法,以乙烯基功能化的金属卟啉和季膦盐作为单体制备了一种新型多孔有机聚合物(POP-PBnCl-TPPMg-x).考虑到金属卟啉和季膦盐常作为CO2环加成反应中的Lewis酸和Lewis碱活性中心,我们通过自由基共聚实现了这两种活性中心在分子水平上的结合与协同.所得的催化剂的组成和结构通过固体核磁、X射线光电子能谱、氮气吸附、扫描电子显微镜、透射式电子显微镜等手段进行了表征.值得指出的是,所得多相催化剂具有良好的CO2吸附与富集效应,十分有利于CO2的催化转化.我们以温和(40℃和1 atm CO2)并没有任何无可溶性共催化剂存在条件下,进行CO2与环氧化物的环加成作为探针反应,测试了不同催化剂的催化活性.以催化剂POP-PBnCl-TPPMg-12为例,其催化活性远超过单组分的POP-PBnCl和POP-TPPMg多相催化剂,也超过了二者机械混合的POP-PBnCl+POP-TPPMg-12催化剂,接近均相催化剂PBnCl+TPPMg-12的水平.这表明通过共聚合方法所得到的催化剂可以实现Lewis酸和Lewis碱两种活性中心的分子水平的结合.本文进一步研究了多相催化剂POP-PBnCl-TPPMg-12和均相催化剂PBnCl+TPPMg-12在低浓度CO2(15%N2 v/v,工业废气中CO2的浓度)条件下的催化活性,发现在该条件下多相催化剂表现出比均相催化剂更为优异的催化转化性能,且展现出良好的稳定性和循环使用性能,在循环使用5次后仍无明显的活性损失.该催化剂所具有的多相特点和优良的催化性能,因而有望成为实现工业CO2脱除并转化成高附加值产品的潜在高效催化剂.“,”The transformation of CO2 into cyclic carbonates via atom-economical cycloadditions with epoxides has recently attracted tremendous attention. On one hand, though many heterogeneous catalysts have been developed for this reaction, they typically suffer from disadvantages such as the need for severe reaction conditions, catalyst loss, and large amounts of soluble co-catalysts. On the other hand, the development of heterogeneous catalysts featuring multiple and cooperative active sites, remains challenging and desirable. In this study, we prepared a series of porous organic catalysts (POP-PBnCl-TPPMg-x) via the copolymerization metal-porphyrin compounds and phosphonium salt monomers in various ratios. The resulting materials contain both Lewis-acidic and Lewis-basic active sites. The molecular-level combination of these sites in the same polymer allows these active sites to work synergistically, giving rise to excellent performance in the cycloaddition reaction of CO2 with epoxides, under mild conditions (40 ℃ and 1 atm CO2) in the absence of soluble co-catalysts. POP-PBnCl-TPPMg-12 can also efficiently fixate CO2 under low-CO2-concentration (15% v/v N2) conditions representative of typical CO2 compositions in industrial exhaust gases. More importantly, this catalyst shows excellent recyclability and can easily be separated and reused at least five times while maintaining its activity. In view of their heterogeneous nature and excellent catalytic performance, the obtained catalysts are promising candidates for the transformation of industrially generated CO2 into high value-added chemicals.
其他文献
港务费收不抵支,是近年来沿海港口普遍存在的现象。尤其一些历史悠久、航道水域条件较差的河口港,港务费收不抵支的情况已经持续多年,如不采取适当措施,难以从根本上解脱困境
简述了芯棒的用途、结构、使用环境、成本及自制空心芯棒的必要性,介绍了利用天津钢管集团股份有限公司自身设备优势开发Φ171 mm规格空心芯棒的设计思路和研制过程,从钢种选
根据检测机理和实际工作经验介绍了涡流探伤、传统射线探伤工艺,重点阐述了平板实时成像探伤的内容,并开发了一款适用于小直径不锈钢钢管双管同时检测工装.该检测工装极大地
采用低合金钢30Cr2MoV替代高合金钢4Cr5MoV1Si制造连轧管机芯棒,降底了生产成本.给出了大直径(Φ404.7 mm×13 500 mm)空心芯棒制造的具体热处理工艺.通过提高水对芯棒的冷却
阐述了统计技术是质量管理体系有效运行的基础工作,提出了统计技术在质量体系运行中的的应用程序,并举例统计技术在钢管产品质量管理体系运行中的应用事例:按照统计分析结果,
概述了低温用无缝钢管在各个领域的应用情况,分析了国内外标准对低温用无缝钢管要求的异同,提出在当前的市场情况下,国产化美标低温用无缝钢管更有利于我国产品推向国际市场.
关于“树根艺术”这一名称,给人的直觉是树根(自然物)等于艺术,而根据我国语文结构来看,历来各艺术的名称都不是把自然物与艺术两名词直接相连。泥、石、木、竹、花等是自然
油井管在石油工业中占有重要的位置,是石油工业的基础.油管失效给油田带来巨大的经济损失,调研了某油田2013-2014年油管失效情况,可以看出该油田油管失效的主要形式是脱扣和
近年来我国钢管产能严重过剩,大量钢管制造企业将目光转向海外,希望开辟海外市场.在此过程中有些企业把国内的一些思维习惯和观念带到海外,比如重内在质量、轻外观质量,在喷
“现代家具”应是最新设计的家具。这些家具,应同当前工业技术、科学文化密切相关,并具有浓郁的时代气息。但本文仍涉及一些早期家具,因为它们的风韵至今犹存,有的在现时流