ZIF-67@CeO2复合材料的制备及其催化CO2环加成反应的研究

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类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一种新型类沸石结构的纳米多孔材料,因其具有比表面积大、孔隙率高、结构和功能可调性、热稳定性高等优异特性,已在吸附、气体储存、药物传输、分离、光电等领域展现出广阔的应用前景。此外,ZIFs中存在不饱和金属中心和咪唑环上的有机官能团,能够为催化反应提供催化活性中心,因此在催化领域受到高度关注。尤其是,ZIFs材料在CO2与环氧化物的环加成反应中已展现出巨大的应用潜力,这是因为ZIFs骨架上的Lewis酸位点能活化环氧化物,而咪唑配体上的Lewis碱位点能吸附并活化CO2,并且能在CO2的环加成反应中表现出高的CO2吸附率。然而,传统的ZIFs材料作为催化剂仍然存在着催化活性较低、循环使用性差等弊端。因此,开发功能化ZIFs材料,在温和条件下进行CO2固定,逐渐成为ZIFs合成和应用领域的研究热点,具有核壳结构的ZIFs复合材料也应运而生。与传统的ZIFs材料相比,具有核壳结构的ZIFs复合材料兼具ZIFs与其他材料的优良特性,且在比表面积、孔结构和酸碱性质等方面表现出不同的性质,具有增强的催化性能。本文在前人的工作基础上,设计合成具有核壳结构的ZIFs复合材料,利用实验表征技术对其结构、性质进行研究,并考察其在CO2与环氧化物的环加成反应中的催化性能。本文以ZIF-67为种子、硝酸铈为反应底物,在乙醇溶剂中制备了ZIF-67@Ce O2复合材料。通过PXRD、FE-SEM、TEM、XPS、N2等温吸附脱附、TPD、TG、元素分析和ICP-OES对材料进行表征,结果表明:ZIF-67@Ce O2具有独特的核壳结构,并且保持了ZIF-67的高比表面积、高孔容和良好的热稳定性。将ZIF-67@Ce O2复合材料用于催化一系列环氧化物和CO2的环加成反应,并与单一的ZIF-67和Ce O2进行比较,结果发现,ZIF-67@Ce O2-33.3%(33.3%=Ce(NO3)3.6H2O/(ZIF-67+Ce(NO3)3.6H2O))表现出与ZIF-67、Ce O2不同的酸碱性质,且具有更丰富的酸碱位点,在CO2与氧化苯乙烯的环加成反应中表现出增强的催化活性,氧化苯乙烯的转化率能达到100.00%,表明其在涉及复杂环氧化物的反应中具有较好的适用性。ZIF-67@Ce O2-33.3%在第四次重复使用时催化转化率仍保持100.00%,表明其具有优异的循环使用性。
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