羟基功能化离子液体中二氧化碳催化转化的静电-氢键协同催化机制研究
批准号:
21376063
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
张敬来
依托单位:
学科分类:
B0801.化工热力学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王丽、陈欣、张燕鑫、王娜、于笑寒
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中文摘要
将CO2作为丰富、廉价、无毒的碳或者碳氧资源加以利用受到了科技界和工业界的高度关注。其中CO2与环氧化合物反应生成环状碳酸酯是少数能进行工业化生产的途径。但是CO2中C处于最高氧化态难于活化,因此该反应需要在催化剂的作用下才能实现。开发高效、高选择性、并对环境友好的催化剂是一个丞待解决的问题。功能化离子液体是一类重要的催化CO2转化反应的催化剂,但是其反应机理尚不清楚。本项目拟采用理论计算和实验验证相结合的方法研究羟基功能化离子液体催化CO2转化的反应机理;探索离子液体中静电-氢键协同催化CO2转化反应的新机制;获得离子液体结构与催化性能之间的关系以及CO2转化反应的新途径。在获得单个离子液体催化反应机理的基础上,将研究扩展到离子液体簇催化CO2转化反应的机理研究。通过上述研究为实现从分子水平上设计离子液体提供可靠的理论依据。
英文摘要
CO2 can be used as an abundant, inexpensive, and nontoxic carbon resource to produce useful organic compounds. One of the most widely applied technologies for the fixation and utilization of the carbon resource is the cycloaddition of CO2 with epoxides to afford five-membered cyclic carbonates. The catalyst is necessary in the cycloaddition process. Thus, developing high-efficiency, high-selectivity, and environment friendly catalysts for this cycloaddition reaction is highly desirable. Ionic liquid is one class of novel efficient catalyst for chemical fixation of CO2 to cyclic carbonate. However, the details of the mechanism are still ambiguous and worthy of further exploration. We hope to cast light on the detailed mechanism theoretically; in particularly to explore the new mechanism catalyzed by both electrostatic interaction and hydrogen bonding interaction in ionic liquid; furthermore to study the reaction mechanism catalyzed by ionic liquid clusters. On the basis of these research the new ionic liquids will be theoretically designed and their reactivity will be tested by experiments.
近年来,CO2的吸收和固定问题一直备受人们的关注。本项目旨在研究离子液体催化CO2固定反应的反应机理。离子液体作为催化剂具有一个显著优点,它不仅是反应的催化剂,还是反应的溶剂,可避免金属离子和有机溶剂所造成的二次污染,因此被誉为是该反应的“绿色”催化剂。但是有关这类反应的微观反应机理目前尚不明确。如果能从微观角度揭示这类反应的反应机理,不仅有助于发现新的高效离子液体催化剂,而且还能为最终实现离子液体的分子设计奠定理论基础。围绕这一主要目的,四年来我们课题组共研究了6大类,46种离子液体催化CO2和PO反应的微观机理,得到了以下主要结论:(1)验证了静电-氢键协同催化促进开环的机理;阐明了羟基咪唑离子液体的催化活性优于室温咪唑和羟基季铵盐离子液体的微观原因。(2)发现了离子液体的催化活性与官能团和阳离子的类型有关,只有合适的官能团与阳离子组合才能获得理想的催化效果。人们普遍认为功能化离子液体的催化活性要优于非功能化离子液体,但是,我们的研究结果证明,只有羧基吡啶的催化活性优于非功能化吡啶,而羟基吡啶的催化活性甚至劣于非功能化吡啶。(3)确定了氨基胍盐离子液体的催化机理。(4)设计出了一种新的离子液体:磺酸基季磷盐并从理论上预测了它的催化活性优于羧基季磷盐。(5)首次提出了Double-IL催化模型,该模型旨在考虑离子液体分子间的相互作用对催化活性的影响,并用该模型成功预测了一系列多羟基季铵盐的催化活性。(6)首次合成了苄基咪唑离子液体,这类离子液体不仅具有合成原料价格低廉,合成方法简单,条件温和等优点,而且对CO2和PO的耦合反应具有很好的催化效果,具备大规模工业应用的潜力。综上,这些研究成果不仅理论阐明了这类反应的微观机理,还实验合成出了新的离子液体催化剂,丰富了CO2转化的催化剂种类,具有较大的理论和应用价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Benzyl substituted imidazolium ionic liquids as efficient solvent-free catalysts for the cycloaddition of CO2 with epoxides: Experimental and Theoretic study
苄基取代咪唑鎓离子液体作为 CO2 与环氧化物环加成的有效无溶剂催化剂:实验和理论研究
DOI:10.1016/j.jcou.2017.09.009
发表时间:2017-12
期刊:Journal of CO2 Utilization
影响因子:7.7
作者:Tengfei Wang;Danning Zheng;Yuan Ma;Jiayi Guo;Zhipeng He;Bin Ma;Lianhuan Liu;Tiegang Ren;Li Wang;Jinglai Zhang
通讯作者:Jinglai Zhang
Hydroxyl-Functionalized Ionic Liquid Promoted CO2 Fixation According to Electrostatic Attraction and Hydrogen Bonding Interaction
羟基功能化离子液体根据静电吸引和氢键相互作用促进 CO2 固定
DOI:10.1021/ie501063f
发表时间:2014-05
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:4.2
作者:Wang Li;Jin Xiangfeng;Li Ping;Zhang Jinglai;He Hongyan;Zhang Suojiang
通讯作者:Zhang Suojiang
Mechanism of fixation of CO2 in the presence of hydroxyl-functionalized quaternary ammonium salts
羟基官能化季铵盐存在下的 CO2 固定机制
DOI:10.1016/j.jcou.2015.02.006
发表时间:2015-06
期刊:Journal of CO2 Utilization
影响因子:7.7
作者:Wang Li;Li Ping;Jin Xiangfeng;Zhang Jinglai;He Hongyan;Zhang Suojiang
通讯作者:Zhang Suojiang
Insight into the role of weak interaction played in the fixation of CO2 catalyzed by the amino-functionalized imidazolium-based ionic liquids
深入探讨弱相互作用在氨基官能化咪唑基离子液体催化固定CO2中的作用
DOI:10.1016/j.jcou.2017.01.026
发表时间:2017-03-01
期刊:JOURNAL OF CO2 UTILIZATION
影响因子:7.7
作者:Chen, Ci;Ma, Yuan;Zhang, Suojiang
通讯作者:Zhang, Suojiang
DOI:10.1021/acs.iecr.5b01409
发表时间:2015-08
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:4.2
作者:Ya Li;Li Wang;Tengfei Huang;Jinglai Zhang;Hong-Qing He
通讯作者:Ya Li;Li Wang;Tengfei Huang;Jinglai Zhang;Hong-Qing He
电催化CO2还原为CO的双金属纳米催化剂的高通量筛选、合成与耦合机制研究
- 批准号:22378097
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:张敬来
- 依托单位:
常压下催化多种二氧化碳转化反应的响应型离子液体的设计、合成和催化性能研究
- 批准号:22178087
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:张敬来
- 依托单位:
质子化离子液体的氢键网络在CO2固定反应中的作用
- 批准号:21676071
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:张敬来
- 依托单位:
国内基金
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