论文总字数：22622字

摘 要

离子液体(ILs)作为一类新型的绿色反应介质，因其优异的物理化学性质而成为现代化学工业的研究热点。随着科学研究的不断发展，离子液体逐渐实现了从溶剂到材料的转变，其角色正在变得更加多样化。离子液体衍生的有机多孔材料因兼具传统多孔材料和离子液体的特性，所以正在受到益加广泛的关注。杂多酸(POMs)是一类具有酸性和氧化还原性的多功能催化材料，但未加修饰的POMs很难用作多相催化剂。而离子液体及其衍生的多孔离子交换材料为POMs的多相化提供了可能。本论文基于离子液体ILs、杂多酸POMs、多孔有机框架POFs、离子交换材料等领域前人研究的基础，设计并制备了一类新型的吡啶甲醛基双核离子液体，通过希夫碱缩合反应交联密胺单元，制备了一类ILs交联的阳离子多孔有机框架材料(IL-POFs)。其中，IL-POF-1具有较高的比表面积、丰富离子交换位和功能化基团，可视为一种新型的多孔离子交换树脂。通过与PMoV阴离子进行离子交换，制备出了PMoV@IL-POF-1复合催化材料。这主要为了实现POMs的多相化和多孔化，旨在解决POMs催化剂在液相氧化反应中活性低、在极性反应体系中回收和循环使用困难等问题。

关键词：离子液体 杂多酸 多孔阳离子框架 多相催化

ABSTRACT

Ionic liquids (ILs), a new class of green reaction medium, have become a hot topic in modern chemical industry by virtue of its unique physical and chemical properties. With the rapid development of scientific research, the role of ILs is becoming more and more diversified，achieving the new change from solvents to materials. The IL-derived porous organic materials have owned both the characters of porous materials and functionalities of ILs, which have received increasing attention. Polyoxometalates (POMs) are an outstanding family of versatile catalytic materials with acid/base and redox properties; however, the undecorated POMs are very difficult to be employed as heterogeneous catalysts. ILs or IL-produced porous ion-exchange materials may offer a new way to the heterogenization of homogeneous POM catalyst. On the basis of previous work in the areas of ILs, POMs, porous organic frameworks (POFs) and ion-exchange materials, a new series of 4-pyridinecarboxaldehyde-based dicationic ILs were designed and prepared for crosslinking melamine units through Schiff base chemistry, constructing a new family of ionic liquid-crosslinked porous organic frameworks (IL-POFs). IL-POF-1 possessed high surface area, enriched ion-exchangeable cationic sites and funcational groups, which could be regarded as a new porous ion-exchange resin for anion-exchanging PMoV anions to produce PMoV@IL-POF-1 catalyst. Our work can achieve the heterogenization and porousness of pure POMs, aiming to enhance the heterogeneous catalytic performance in selective oxidation reactions.

Key Words: Ionic liquids; Polyoxometalates; Porous cationic frameworks; Heterogeneous catalysis

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 离子液体 2

1.2.1 离子液体的简介 2

1.2.2 离子液体的性质和分类 2

1.2.3 离子液体作为绿色溶剂和催化剂 3

1.3 杂多酸 4

1.3.1 杂多酸的结构特征 4

1.3.2 杂多酸的性质 5

1.3.3 杂多酸的多相化 6

1.4 多孔有机框架和离子交换材料 8

1.5 HMF的氧化 8

1.6 选题依据和研究思路 9

1.6.1 选题依据 9

1.6.2 研究思路 9

第二章 实验方法 10

2.1 实验试剂 10

2.2 催化剂表征手段 11

2.3 催化剂的制备 12

2.3.1 H₅PMo₁₀V₂O₄₀的制备 12

2.3.2 离子液体单体的制备 12

2.3.3 IL-POFs材料的制备 13

2.3.4 离子交换过程 14

第三章 结果与讨论 15

3.1 催化剂的表征 15

3.1.1 ILs及IL-POFs材料的元素分析和核磁表征 15

3.1.2 新型ILs的红外光谱图表征 16

3.1.3 IL-POFs的孔结构分析 17

3.1.4 IL-POFs的形貌表征 18

3.1.5 ILs和相应IL-POFs热重分析 19

3.1.6 IL-POFs的XRD分析 19

3.1.7 IL-POF-1表面元素的分析 20

3.1.8 PMoV@IL-POF-1的表征结果 22

3.2 PMoV@IL-POF-1的催化性能讨论 25

第四章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 文献综述

1.1 引言

催化是化学工业的核心技术，目前，有80%以上的化工产品是借助催化剂生产出来的。在环保大势推动下，环境友好的高效新型催化剂及其引导的新型催化工艺成为了化学工程领域的重要研究内容。

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