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固载型季铵盐离子液体催化合成环状碳酸酯:烷基链长及羟基的影响
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O646.1[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]大连理工大学石油与化学工程学院,精细化工国家重点实验室,辽宁盘锦124221, [2]大连理工大学化工学院,精细化工国家重点实验室,辽宁大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金(21406031,21476044,U1663223);长江学者奖励计划(T2012049);精细化工国家重点实验室(KF1507);大连市高层次人才创新支持计划(2015R056);辽宁省教育厅(LT2015007);中央高校基本科研业务费专项资金(DUT16TD19).
中文摘要:

CO2是造成温室效应的主要原因,同时又是地球上储量最为丰富的可再生C1能源.因此,CO2资源化受到了广泛关注.CO2与环氧化物反应可合成环状碳酸酯,后者广泛用作极性溶剂、锂离子电池的电解液和聚碳酸酯中间体等.但是,由于CO2的化学惰性,其反应需要高活性的催化剂.近年来,碱性金属、金属配合物及离子液体等均相催化剂被用于催化CO2与环氧化物加成反应.其中,离子液体具有高热稳定性、低挥发性和结构可调性,得到了广泛研究.季铵盐、咪唑盐和季鏻盐等离子液体已经被证实具有较高的催化活性.然而,均相催化剂回收困难,而且产物需要进一步纯化.将离子液体固载化制备成非均相催化剂,可以实现简单的固/液分离.聚合物、SiO2、SBA-15、氧化石墨烯和羧甲基纤维素等固载化催化剂已经广泛用于CO2和环氧化物的环加成反应.虽然非均相催化剂显示了潜在的优势,但是催化活性较低的问题仍然亟待解决,尤其是在较温和的反应条件下.因此,通过催化剂分子结构设计以提高催化性能,成为目前的研究热点.本文提出在催化活性基团和载体之间引入长烷基链,增加催化活性位点与反应物的接触面积,同时引入助催化的羟基,通过长链与羟基的协同作用,提高非均相催化剂活性.本文合成了羟基功能化长柔性链季铵化聚苯乙烯微球非均相催化剂([AHTAPC-PS]X,X=Cl,Br,I),用于催化CO2与环氧化物的环加成反应,并与不含羟基的长烷基链季铵盐离子液体非均相催化剂([TAPB-PS]Br)及短烷基链季铵盐离子液体非均相催化剂([TMA-PS]X)的催化性能进行了对比.考察了固载后的离子液体烷基链长及侧链羟基对催化性能的影响,并通过实验和密度泛函理论计算研究了催化机理.

英文摘要:

Spherical polystyrene‐supported ammonium salts containing different linking chains between the support and ammonium groups were prepared as efficient and easily reusable heterogeneous catalysts for the cycloadditions of CO2and epoxides.The effects of the length of the linking chains and a hydroxyl group pendent on the linking chain on the catalytic performance of ionic liquid immobilized catalysts and their mechanisms were studied through experiments and density functional theory calculations.It was found that,compared with a short linking chain,a long chain can make the halogen anion more negative and provide a larger contact area of the catalysts with the reactants,thus enhancing the reaction kinetics.The hydroxyl group can stretch the C-O bonds of the epoxides,promoting the reaction thermodynamics.As a result,for the cycloaddition of propylene oxide,the yield of propylene carbonate is much higher for the catalyst with a long linking chain(yield:91.4%)compared with the yield for that with a short chain(yield:70.9%),and is further increased in the presence of pendent hydroxyl groups(yield:98.5%).The catalyst also shows a high catalytic activity even at mild temperature and good reusability(yield:≥96%for10cycles),and the selectivity is always above99%.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199