离子液体体系二氧化碳催化还原制小分子含氧化合物

"Methanol Economy" is one of the potential routes for sustainable chemistry and energy, which essence is using methanol as the basic chemical and energy source, and regain carbon cycle through carbon dioxide hydrogenation. The crucial operation to realize "Methanol Economy" is the efficient and economic catalytic reduction of carbon dioxide to methanol,however,there is no big progress till now due to the extraordinary stability of carbon dioxide melecule. Ionic liquid has multidimensional sources of tubable weak acting forces such as ions, polarity, hydrogen bond and electronic field, and strong dissolvability to carbon dioxide, thus it might be a good choice for carbon dioxide catalytic reduction. In this project, a highly active catlayst system will be established by combing heterogeneous Cu-Zn catalysts, which are potencial catalyst for carbon dioxide hydrogenation,and ionic liquid. The suitable catalyst and the effect of ionic liquid structure, polarity, hydrogen bond and electronic field on the catalytic activation of carbon dioxide will be explored. The key factors influence the catalytic activity in carbon dioxide hydrogenation will be determined and the relationship between catalyst/ionic liquid structure and catalytic performance will be studied. The launch of this project will support the study of active catalysts in carbon dioxide hydrogenation.

甲醇经济是实现化学化工和能源可持续发展的潜在路线之一，其实质是使用甲醇作为基础化学品和能源并通过CO2催化还原制甲醇以实现碳循环。如何经济、高效的实现CO2催化还原是甲醇经济能否实现的关键所在。但是，由于CO2化学惰性较大，迄今尚未取得重大突破。离子液体具有多维、可调节的离子结构、极性、氢键以及静电场等多种弱作用力来源，同时对CO2具有强溶解能力，为CO2催化活化提供了合适的反应体系。本基金将通过对典型CO2加氢多相铜锌催化材料的制备，与离子液体相结合，建立以铜锌氧化物为活性中心，以具有多维弱作用力的离子液体为反应介质的CO2温和条件下还原的催化剂体系。系统研究二氧化碳加氢催化材料的合适结构，定量研究离子结构、极性、氢键以及静电场等弱作用力对二氧化碳催化活化的影响，获得决定二氧化碳催化加氢活性的关键因素及结构与性能关系的基本规律，为二氧化碳加氢高效催化体系的建立提供基础理论支持。

在2013-2015年度，本课题主要围绕二氧化碳催化转化为小分子含氧化合物及其进一步应用于精细化学品合成高效催化体系展开。取得的主要结果如下。. （1）、制备了具有较高活性的CuAlOx催化剂，通过CO2加氢替代甲醇实现了胺类化合物和硝基类化合物一步生成N-甲基和N,N-二甲基产品。该催化体是已报道的催化该类反应的首例多相催化体系。. （2）、成功的制备出纳米氧化铝负载的纳米钯催化剂，并对其进行了系统的透射电镜、X-射线衍射、X-光电子能谱等表征，进而成功的将其应用于二氧化碳加氢替代一氧化碳用于催化羰化反应，实现了以二氧化碳/氢气为羰源制备N-甲酰胺类化合物。. （3）成功的发展出一系列复合氧化物负载纳米钯催化材料，实现了胺和二氧化碳反应制备不同结构的N-甲基、N,N-二甲基和N-甲酰基胺，对其在使用不同结构的胺作为原料时的催化行为进行了考察。. （4）通过沉积-沉淀-还原的方法制备了一系列的Pd/TiO2催化剂，采用XRD，ICP-AES，TEM，UV-Vis DRS 等对催化剂进行了系统的表征，同时对其在室温条件和紫外光辐照下二氧化碳加氢产物甲醇的胺化反应性能进行了测试。. （5）利用Cu和Mo共同修饰TiO2制备出Cu-Mo/TiO2的催化剂，并将其应用于紫外光照射下催化甲醇胺化反应。在不加入有机配体和碱助剂的条件下，不同结构的胺能够高效的转化为相应的二级胺或三级胺。. （6）为进一步研究二氧化碳催化加氢的关键产物甲醛的催化转化利用，成功制备出一系列负载纳米金催化剂，实现了不同结构的胺与甲醛反应合成甲酰化胺，为二氧化碳产物应用的进一步拓展提供了支持。. 上述研究工作在国际刊物上发表和接受研究论文6篇，申请中、美国发明专利各1件。