锆基金属有机框架材料的制备及其催化性能研究

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金属有机框架(MOFs)是一种由含金属节点和有机连接体构成的新兴的多孔材料。由于其永久的孔隙度、可调性和多功能化,MOFs材料已经在各种领域中获得了广泛的关注,包括气体储存和分离,药物输送,发光和催化。可通过明智的设计金属节点和有机连接体,使其成为理想的可调节平台。在分子水平上控制MOFs结构和相关性质的能力已经引起了基础科学的许多进步,特别是在超分子化学中。对MOFs中的高级功能的追求通常需要更复杂的结构和孔隙环境,同时伴随着对其几何设计的更高挑战。多功能金属有机框架(MTV-MOFs)是通过多个或多种组件构建而成。近年来相关人员加快了对MTV-MOFs的探究,并扩大了已知多孔材料的复杂性和多样性。本论文研究的主要内容包括下面三部分:(1)鉴于1,3,5-三嗪配体在催化CO2环加成反应中起着至关重要的作用以及(3,6)连接的kdg层的Zr-BTB MOLs(MOLs=金属有机层)的成功合成,本文合成了与Zr-BTB MOLs相同构型的Zr-TATB MOLs(H3TATB=2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪)。探究了Zr-TATB MOLs在50°C、1 bar CO2条件下催化CO2环加成反应性能,发现催化剂对环氧丙烷转化为环氧碳酸酯的产率高达90%。最后,我们对催化剂进行回收,发现Zr-TATB MOLs结构依然稳定,且三次重复实验后对底物环氧丙烷依旧保持87%的产率。(2)通过动力学指导,以高度稳定的PCN-224为母体后修饰嵌入Fe3+,形成PCN-224(Fe)。然后向PCN-224(Fe)后修饰引入二连接的疏水基团2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-联苯二甲酸(H2L1)合成PCN-224(Fe)-H2L1,并探究了PCN-224(Fe)-H2L1对环己烷催化氧化性能。结果发现,向反应体系中加入8 uL TBHP后,PCN-224(Fe)-H2L1对KA选择性达89%,转化率达41.3%,KA产率达36.7%,三次重复实验后催化剂仍然保持稳定。(3)基于文献报导的双金属Zn/Co-ZIF具有很高的催化环氧化物环加成的性能,我们以PCN-224为母体,通过嵌入不同比例的Zn/Co合成PCN-224-ZnCox(x=0.5,1,2,x是指投料比)。另外,本文探究了PCN-224-ZnCox在温和条件下对CO2环加成反应的催化效果。结果表明,PCN-224-ZnCo2对环氧丙烷的催化产率高达97%,高于PCN-224、PCN-224-ZnCo0.5和PCN-224-ZnCo1。三次重复实验后PCN-224-ZnCo2结构依然保持稳定,催化产率达95%以上。
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