论文总字数：17445字

摘 要

过去的几十年中，二氧化碳（CO₂）被认定为是一种天然丰富、价格低廉、环保可再生的绿色能源资源。近几年来，随着全球环境的日益恶化，温室效应不断加重，因此对于CO₂的高效利用显得格外重视。CO₂来源丰富，可作为可再生资源，是具有十分高的附加值的化学产品。迄今为止用卟啉基有机小分子作为单体，合成含金属配体的多孔超交联离子型聚合物还未有报道。近几年来，多孔有机离子框架材料更受研究人员的关注，希望它能够改善离子液体（ILs）在吸附和催化中的缺点。但由于该类材料活性位的暴露较低以及传质限制等问题，这类材料的CO₂转化能力往往低于其均相ILs单体。因此，研究者转而开发出有优异孔隙结构的多孔有机超交联离子聚合物。采用Friedel-Crafts烷基化反应，将间四苯基卟啉与对二溴苄等单体进行超交联共聚，形成具有配位能力的多孔有机框架，对其进行金属化、后离子季胺化修饰，可以得到金属卟啉基超交联离子聚合物这一新型的离子框架材料。发现这类金属卟啉基超交联离子聚合物在CO₂环加成反应中展现出较为优异的催化性能，拥有优异的底物适用性能。

关键词：离子液体 超交联聚合物 金属卟啉 二氧化碳 环状碳酸酯

Abstract

The efficient use of CO₂ is particularly important in recent years, as the global environment has deteriorated and the greenhouse effect has increased. CO₂ as one of the nature sources are abundant, and these renewable resources can highly converted to the value-added chemicals. So far, there have been no reports of porphyrins as monomers, which have been used to synthesize porous metal-ligated polymers. In recent years, porous organic ionic framework materials have been attracted more concerned by researchers, who hoping to improve the shortcomings of ILs in the field of adsorption and catalysis. However, due to the low exposure of the active sites and the limitation of mass transfer, the conversion of such materials is often lower than that of the homogeneous ones. As a result, the researchers have focused on the porous organic ionic hypercrosslinked polymers with abundant porosity. Tetraphenyl porphyrin and dibromobenzyl are used as monomers by Friedel-Crafts alkylation reaction, forming porous organic framework with coordination ability of metallization. After ionic quaternization, metal porphyrin based ionic hypercrosslinked polymer are obtained. Furthermore, the characterization of IR, elemental analysis and TG were further investigated, and the catalytic properties of the cycloaddition reaction with CO₂ were investigated in detail. It was found that these kinds of metal-porphyrins based ionic hypercrosslinked polymers are highly catalytic and available in the cycloaddition reaction of CO₂.

Keyword： ionic liquids; hypercrosslinked polymer; metal porphyrin; carbon dioxide; cyclic carbonate

目录

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 有机微孔聚合物

1.2 有机微孔聚合物的分类

1.2.1 共轭微孔聚合物

1.2.2 自聚微孔聚合物

1.2.3 共价有机网络

1.2.4 超交联聚合物

1.3 超交联微孔聚合物的制备

1.3.1 后交联法制备超交联聚合物

1.3.2 功能化小分子自缩聚法制备超交联聚合物

1.3.3外交联剂编织法制备超交联聚合物

1.4 超交联微孔聚合物的应用

1.4.1 气体存储材料

1.4.2 CO₂ 吸附与存储

1.4.3 光学材料

1.4.4 多相催化

1.4.5 污水处理

1.5 金属卟啉基有机多孔材料

1.6 本论文选题目的及主要研究手段

第二章 实验部分

2.1 实验所用试剂

2.2 催化剂表征所用仪器

2.3 实验方法

2.3.1 催化剂的制备

2.3.2 催化性能评价

第三章 结果与讨论

3.1 催化剂的表征

3.1.1 催化剂元素组成表征

3.2 CO₂环加成反应的催化性能

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 有机微孔聚合物

常见的孔可以分为大孔、介孔、微孔。其中孔径lt;2 nm的孔为微孔。微孔材料是指富含微孔的材料。由于社会发展的需要，传统的多孔材料如沸石、活性炭、介孔硅等已经不能满足能源环境的需求，所以发开新型微孔材料渐渐成为多孔材料的研究方向。

有机微孔聚合物材料（Microporous Organic Polymers，MOPs）^[1]是一种新型微孔材料，其是由较轻的C、H、O、N等元素所组成的，具有较低的骨架密度、高比表面积、优良的物化稳定性等优点，相较于其它的微孔材料，微孔有机聚合物可以通过化学反应选择不同的合成路径或替换单体的官能团种类这两种方式制备出多样的功能化材料，从而使得微孔有机聚合物实现功能化的目标。目前，有机多孔聚合物的合成技术已经达到了工业化的水平，大量聚合物材料也可以进行大规模的商业化生产。因而微孔有机聚合物的发展潜力巨大，具有广阔的应用市场，必然受到人们的广泛研究，是新型材料中的热点。

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