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離子液體修飾的MIL-101(Cr)在無溶劑低溫低壓下實現二氧化碳的捕獲和轉化
發布時間:2020-09-03     作者:harry   分享到:

二氧化碳(CO2)是導致**溫室*應的主要氣體,其主要來源于化石燃料的燃燒。能源需求的增加以及可再生能源技術的缺乏導二氧化碳的含量快速增加。另一方面,CO2也是一種可再生、廉價、無毒的碳資源,通過特定的方法可以將其轉化為增值材料。例如:通過使用環氧化合物環加成得到環狀碳酸鹽便是一種有*的將二氧化碳轉化為有用的有機化合物的方法。



由于這樣的環加成反應是完全的原子轉化,因此被認為是一種綠色經濟的反應。所制備的環狀碳酸酯不僅可以作為電池的電解液,也可以作為非質子*性溶劑用于合成和催化過程,或者作為起始原料用于聚合反應以及作為中間體用于生產精細化學品。然而,該反應的**催化劑的開發面臨著一定的挑戰:由于CO2的氣態形式以及CO2固有的熱力學穩定性和動力學惰性導致催化劑周圍的CO2濃度較低,從而無法實現CO2的**捕獲和轉化。研究表明使用離子液體修飾MOF的孔表面,可以形成*良的多相催化劑。由于咪唑可以提*CO2的轉化率,因此設計合適的咪唑離子液體是活化CO2環加成反應底物的關鍵。近日,來自伊斯法罕大學化學系的Iraj Mohammadpoor-Baltork等人提出使用離子液體(ILs)修飾的MOF,通過共價鍵和配位鍵在無溶劑以及低壓下實現CO2的**捕獲和轉化。作者選用1-甲基-3-氨乙基咪唑溴化銨(ILs)MIL101(Cr)(MOF)進行接枝。


作者指出,所使用的MIL101(Cr) MOF具有較大的表面積,這為CO2的吸附提供了足夠的空間。此外,它有兩種位置用于離子液體的接枝,具有較好的連接*果。選擇1-甲基-3-氨乙基-咪唑溴化銨作為合適的ILs,是因為胺基團可以通過配位鍵和共價鍵附著在MOF處的孔隙表面。作者合成了這兩種方式接枝的多相催化劑,分別為MIL?IL(A)、MIL?IL(B)。



作者通過XRD等手段對該復合物進行了測定,結果顯示MIL101(Cr)的晶體結構在MIL-IL(A)中沒有明顯變化。在MIL-IL(B)中,MIL101(Cr)的骨架完整性也得以保留。在空白實驗中,將所需要的ILMIL101(Cr)混合,不進行任何反應(命名為MIL101(Cr)/IL),并將該復合物的FT-IRMIL-IL(A)MIL-IL(B)光譜進行比較,證實了MIL-IL(A)中不飽和Cr中心與ILNH2基團之間具有一定相互作用。



接著,作者對上述復合物進行了SEM、EDXTEM分析,在SEM圖像中,催化劑結構的八面體形貌未見明顯變化,晶體尺寸與母體MOF吻合良好。EDX映射分析證實ILMIL101(Cr)中是均勻彌散。TEM圖像表明IL共價附著的化學過程不會影響MIL101(Cr)的骨架結構。




然后作者對上述復合物進行了CO2的吸收測試,結果表明在p/p0=0.033(低溫低壓)時,MIL-IL(A)MIL-IL(B)CO2吸附量分別比MOF母體*出5.46倍和7.84倍,并且MIL-IL(B)CO2的吸附量*于MIL-IL(A)。作者認為這是因為MIL-IL(B)的表面積更大,進而對CO2具有更*的吸附性能。這些結果表明合適的ILs的確能有*提*CO2的吸收。





然后作者將該復合催化劑用于催化環氧化物與二氧化碳的環加成反應中,結果顯示該催化劑可以有*催化該反應的進行,并且能夠大幅度地提*反應*率以及產率??傊?,這兩種通過共價鍵和配位鍵接枝在MIL101(Cr)表面而形成的MIL-IL(A)MIL-IL(B)可用于低溫低壓下的CO2吸附,其吸附能力*于MOF母體本身。該研究也表明通過ILs改性可以提升化合物自身的性能,這對于ILs的發展有著重要意義。

原文鏈接:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.9b11668
原文作者:
Mehrnaz Bahadori, Afsaneh Marandi, Shahram Tangestaninejad, Majid Moghadam, Valiollah Mirkhani and Iraj Mohammadpoor-Baltork
DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11668




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