功能离子液体的分散固载及对CO2合成二甲氧基甲烷的催化作用

Preparation of chemicals from CO2 as raw material is a challenging research task. In this project, ionic liquids functionalized with hydroxyl, amino or other characteristic groups will be immobilized onto inorganic layered compounds including layered double hydroxides, montmorillonite, multilayer graphene etc. by ionic acting, covalent bonding or intercalating to prepare functionalized catalytic materials with characteristics groups such as hydroxyls, amino groups etc. on the surface. By tuning the composition of the support and various cations or anions composed of the ionic liquids, the catalytic materials with controllable surface performances will be prepared. The mechanism of mild activation and conversion of CO2 on the surface of this composite materials is explored and the relationship between catalytic activity and composition, structure or distribution of functionalized groups on the catalyst surface will be revealed, and then achieving efficient synthesis of dimethoxymethane from CO2 and methanol. This investigation will provide a valid route for reclamation of CO2, establishing the theoretical and experimental basement for low carbon technology of efficiently and cleanly utilizing C1 resource with low consumption. Meanwhile, it is very important significant for improving and protecting ecological environment, as well as expanding usable carbon resource of human beings.

以二氧化碳为原料制备化学品是一项具有挑战性的工作。本项研究拟以无机层状化合物，如：类水滑石、蒙脱土、多层石墨烯等为载体，通过表面离子或共价键合、嵌插等方法将带有羟基、氨基等功能基团的离子液体固载于其表面上，制备表面带有羟基、氨基等特性基团的功能催化材料。通过调节载体的组分，以及组成离子液体的阴、阳离子实现具有不同表面性能材料的可控制备。探索在表面功能基团的作用下二氧化碳温和活化、转化的机理，揭示材料催化活性与表面组成、结构及氨基等特性基团分布之间的内在关联，实现二氧化碳直接与甲醇反应合成二甲氧基甲烷的目标。该项研究为解决二氧化碳的资源化提供一条有效的途径，为开发高效、低耗、清洁利用二氧化碳C1资源的低碳技术奠定理论和实验基础。这对于改善和保护生态环境，拓展人类可用的碳资源均有重要意义。

以二氧化碳，甲醇等碳一原料，以及芳烃氧化制备有用的化工产品是一项具有学术与实际意义的研究工作。本项目以介孔分子筛、有机聚合物，以及其它无机化合物为载体，通过表面共价键合等方法将功能离子液体固载于其表面上，或通过离子液体的接枝与键合制备高度分散的过渡金属氧化物负载材料。研究了离子液体接枝固载化材料、离子液体分散固载材料以及单分子分散的负载催化剂对于二氧化碳、甲醇的活化、转化，以及对于苯乙烯选择性氧化的催化作用。离子液体接枝固载材料显示了转化CO2的高活性[TON 88.6 mol/mol（IL）]和高选择性（约99%）；单分子分散的负载材料对于转化甲醇具有较高的活性[TOF 44.9 mol/(molV•h)]和大于95%的二甲氧基甲烷的选择性。同时，离子液体接枝于SBA-15表面材料和离子液体接枝分散过渡金属材料都显示了对于苯乙烯，甲基苯乙烯无溶剂条件下选择性氧化的高活性和高选择性。确定了催化剂表面上的活性中心，用实验及DFT理论计算方法揭示了材料的催化活性与表面组成、结构及活性基团分布之间的内在关联，找到一种活性组分高度分散，尤其是単分子层分散于载体表面催化剂的制备技术方法。该项研究为解决二氧化碳的资源化提供一条有效的途径，为开发高效、低耗、清洁利用二氧化碳和甲醇C1资源的低碳技术，以及实现无溶剂条件下苯乙烯的高选择性氧化奠定理论和实验基础。这对于改善和保护生态环境，拓展人类可用的碳资源均有重要意义。