《多孔離子共價有機框架的設計、構建及催化套用研究》是依託江蘇師範大學，由陳國建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔離子共價有機框架的設計、構建及催化套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳國建
- 依託單位：江蘇師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離子交換材料在工業上被廣泛用作催化劑，然而傳統離子交換樹脂存在孔道結構無序、易發生溶脹等缺陷，因此設計合成骨架穩定、結構多樣化、孔徑有序、尺寸可調的新型多孔離子交換材料是亟待開展的研究課題，但極具挑戰性。本項目擬融合離子液體（ILs）、共價有機框架（COFs）和離子交換材料等領域的最新研究進展，進行協同創新，構建全新系列的離子共價有機框架（縮寫為iCOFs），作為具有高密度離子中心的有序、晶態、多孔離子交換材料。面向不同催化反應，通過離子交換引入多功能的雜多酸陰離子（POMs），製備出不同的POMs@iCOFs高效多相催化劑。重點研究iCOFs多孔晶態材料的合成策略和關鍵性影響因素，還特別關注多功能的POMs@iCOFs催化劑的製備工藝和催化性能研究。深入認識催化劑的結構和催化活性之間的構效關係，有望為開發綠色高效的CO2環加成和5-羥甲基糠醛-O2氧化反應多相催化新工藝提供科學基礎。
結題摘要
本項目面向二氧化碳（CO2）轉化和綠色催化等套用，致力於設計構建多孔離子共價有機框架材料。在該項目的具體實施過程中，使用多種反應策略（比如Zincke反應、Heck反應和季銨化反應）製備了多類別的離子型多孔框架材料。這些離子型多孔材料具有較高的比表面積、豐富的鹵素離子位和氫鍵基團，在低溫常壓條件下，實現了對CO2高效催化轉化製備高附加值化學品環狀碳酸酯。本項目主要取得以下進展：（1）基於Zincke反應首次構建了兩種POSS-紫精基多孔陽離子框架材料V-PCIF-Cl和V-PCIF-Br。典型材料V-PCIF-Br憑藉其較高的比表面積、豐富的微孔/介孔和鹵素離子位以及POSS衍生的矽羥基（Si-OH），實現了在低溫常壓的條件對CO2捕集與轉化。（2）基於乙烯基VPOSS和全新設計的溴苯功能化的咪唑鹽和紫精離子單體，通過Heck反應構建兩類新型的咪唑基和紫精基離子型多孔雜化聚合物（IM-iPHPs和V-iPHPs），並在低溫、常壓下實現了對CO2的高效催化轉化。（3）基於季銨化反應一步製備了一類晶態的紫精基多孔離子聚合物VIP-X（X=Cl, Br）。它們具有晶態的有序結構、合適的比表面積、豐富的離子位和氫鍵鍵合水，在近室溫常壓條件下，在CO2與環氧化合物的環加成反應中表現出優異的多相催化活性。通過該一鍋法策略還構建了羥基和咪唑鹽雙功能化的離子框架材料（IMIN-Br-OH），通過羥基功能團和鹵素陰離子的協同催化作用，在低溫常壓下獲得了較好的CO2催化轉化活性。 此外，本項目還進行了一些拓展性研究，比如：（1）設計製備介孔離子液體-多金屬氧酸鹽（IL-POM）衍生的N/P-MoO2@C4電極材料，並成功用於鋰電池和鈉電池的能量存儲。（2）通過磷酸活化碳化生物質微晶纖維素，製備磷摻雜碳材料用作非金屬催化劑，在空氣氛圍中，以水為溶劑，實現了苯甲醇高效選擇性氧化製備苯甲醛。（3）研究構建了兩類碳氮材料C3N4或SFNC(800)和雜多酸鹽（Ch5PMoV2）的雙催化中心催化體系，實現了在無還原劑的條件下高效催化氧氣氧化苯制苯酚。面向能源與綠色催化套用領域，本項目為設計套用導向的新型多孔材料提供新的思路和研究基礎。受本項目資助，總共發表SCI論文13篇，申請發明專利3項。
