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摘 要

现如今CO₂作为温室气体已经成为一个重大的环境问题，此实验研究对于CO₂转化提出了一种相对可行的实验方法。该实验在温和条件下，用CO₂环氧化物进行加成反应。而催化剂也是通过先合成含环氧基的IL（离子液体）单体，之后和二乙烯基苯（DVB）共聚，生成的共聚物在水中开环所得，最终得到羟基官能化的双咪唑溴（氯）化物，并作为催化剂用于将CO₂和环氧化物环加成形成环状碳酸酯。此催化剂合成较为简单。催化剂为拥有大表面积和高IL含量的双羟基MPIL（介孔聚离子液体）。在温和环境条件下，就CO₂环氧化物进行加成反应，该催化剂为多孔有机催化剂。该催化剂优点在于可以少量回收以及再利用，活性相对稳定。凭着良好的介孔性，邻位的双羟基作为HBD（氢键供体）和卤素阴离子作为亲核试剂，发生协同作用。进而合成环状碳酸酯。

关键词：介孔聚离子液体 CO₂环氧化物 环状碳酸酯 多孔有机催化剂

ABSTRACT

Now CO₂ as a greenhouse gas has become a major environmental problem, this experimental study for CO₂ conversion proposed a relatively feasible experimental method. The experiment was carried out under mild conditions using an addition of CO₂ epoxide as a reactant. Hydroxy-functionalized bisimidazolium bromide is synthesized and used as a catalyst for the addition of a CO₂ and epoxide ring to a cyclic carbonateAnd the catalyst is also through the epoxy group containing IL (ionic liquid) monomer divinylbenzene copolymer in the water ring open, the catalyst synthesis is relatively simple and convenient. The catalyst is a dihydroxy MPIL (mesoporous poly (ionic liquid)) having a large surface area and a high IL content. In the mild environment, it can be added with CO₂ epoxide reaction, the catalyst is called heterogeneous organic catalyst. The catalyst has the advantage that it can be recovered and reused in a small amount, and the activity is relatively stable. With good mesophase, ortho-bi-hydroxyl as HBD (hydrogen bond donor) and halogen anion as a nucleophile, a synergistic effect. Through related methods, it is shown that the ortho-hydroxyl groups have high hydrogen bonding effect. Then we will synthesize cyclic carbonate.

Key words: mesoporous poly (ionic liquid);CO₂ Epoxide;cyclic carbonate;heterogeneous organic catalyst

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1介孔聚离子液体的背景 1

1.1.1 聚离子液体作为催化剂 1

1.1.2介孔聚离子液体背景及应用 1

1.1.3 温和条件下含羟基的离子液体能高效催化CO₂转化 3

1.2 本文研究意义与内容 4

第二章 实验 6

2.1 实验室药品及试剂 6

2.2 催化剂的合成 6

2.2.1 ILs的合成 7

2.2.2 MPILs的合成 7

2.2.3 含双羟基的MPILs的合成 7

第三章 结果与讨论 8

3.1 催化剂的选取及表征 8

3.3 催化剂回收再利用的数据分析 11

第四章 结论与展望 13

4.1 结论 13

4.2 展望 13

参考文献 14

致谢 16

文献综述

1.1介孔聚离子液体的背景

聚离子液体（PILs），也可称为离子液体聚合物，是一类特殊的聚电解质材料，其高分子链上至少含有一个离子中心，重复单元与常见离子液体结构类似。由于离子液体的一些优异的性质可以赋予在此类聚合物上，聚离子液体开拓了离子液体和聚合物交叉领域的新研究方向，引起研究者们广泛关注。值得注意的是，离子液体在低温下通常是液体状态，而聚离子液体除个别特例外大部分在常温下呈固态。此外，聚离子液体与一般的固体电解质不同的是大部分的聚离子液体都有可报道的玻璃化转变温度。

1.1.1 聚离子液体作为催化剂

CO₂化学固定是将温室气体CO₂通过化学反应的方法转化成附加值的化学产品，这一领域目前引起化学研究者的巨大兴趣。在CO₂研究领域中，环氧化合物与CO₂反应生成相应的环状碳酸酯受关注度最高。离子液体应用在CO₂环加成反应时间较早，而聚离子液体的首次应用是在2007年。韩布兴课题组通过3-丁基-1-乙烯基咪唑氯盐离子液体与二乙烯基苯（DVB）共聚，制备出含有高度交联DVB骨架的离子共聚物[1]。该催化剂在以环氧丙烷为底物的CO₂转化反应中，表现出比均相离子液体还要高的活性。为了进一步的提高催化活性，Shi等将含有羟基官能团的离子液体单体与DVB共聚，制备出的聚离子液体由于有着酸碱协同效应,故表现出更高的催化活性。除了以DVB作为交联剂和共聚物，Xiong等成功将含磷的离子液体单体与甲基丙烯酸乙二醇酯（EDMA）共聚[2]，该催化剂微观形貌的纳米级的初级粒子堆垛而成，在优化的反应条件下（3MPa CO₂,140℃,3h），取得了令人满意的催化性能。

1.1.2介孔聚离子液体背景及应用

多孔聚合物能够显著地应用在气体分离和存储、催化、光电、生物工程等领域，故引起人们极大的兴趣。多孔聚离子液体是多孔聚合物的一类，含有丰富的离子液体物种可应用在传感和催化领域等。一些研究团队最早开展了关于多孔聚离子液体方面的工作，例如，Texter课题组将甲基丙烯酸甲酯与含有表面活性的离子液体单体通过微乳液共聚，制备出透明的聚离子液体胶[3]。实验中发现了很有趣的现象，通过PF6-阴离子交换，这种胶立刻由透明变成半透明，微观形貌由原来无孔结构变成交联微米尺度的大孔结构。这种孔结构通过继续交换阴离子，进行可逆开关调节。Li等以SiO₂作为模板剂，合成出三维有序的大孔聚离子液体(图1-9)。这种新型的材料作为可调的光子晶体[4]，应用于分子识别、阴离子检测，光电转换以及湿度检测等。

图 1-1具有3D有序大孔聚离子液体的合成

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