杂化催化剂与离子液体协同使二氧化碳和甲醇高效合成碳酸二甲酯

　　MgO-CeO2作为有效促进剂与离子液体的协同作用，用于从二氧化碳和甲醇高效合成碳酸二甲酯
　　DOI:10.1016/j.cej.2020.124970
　　使用甲醇（MeOH）将二氧化碳（CO2）直接转化为碳酸二甲酯（DMC）是利用CO2的一种有吸引力的方法。但是，该反应受到二氧化碳溶解度低和大量水形成的限制。目前，使用脱水剂解决该问题。该研究的目标是用更丰富的多孔金属氧化物/离子液体（ILs）杂化催化剂代替这些脱水剂。在此，研究者制备了一种具有不同阴离子辅助ILs的乙二醇基对称阳离子，并与电纺MgO-CeO2金属氧化物纳米纤维海绵-500(EMCMONS-500)相结合。该杂化催化剂对DMC合成显示出优异的性能。值得注意的是，在3小时反应时间内、3 MPa CO2压力、120℃和1.12 mmol催化剂负载量下，该催化剂显示出98.9%的选择性和73.1 mmol g-1的催化DMC产量。另外，该催化剂经多次循环后，产率和选择性没有变化。此外，由于EMCMONS-500催化剂呈海绵状形态，其中产生了强异质结，电化学阻抗谱（EIS）和光致发光（PL）测量证实了这一点。另一方面，ILs具有可调节的酸性、高热稳定性、较低的粘度和较低的蒸气压。因此，EMCMONS-500容易混入ILs中并形成高度多孔的网络，使其具有巨大的表面体积比，从而形成有助于捕获更多CO2的纳米约束结构。考虑到ILs-EMCMONS-500的这些优点，可将其作为二氧化碳利用的合适催化剂。
　　图1.EMCMONS-500催化剂和离子液体的XPS光谱。
　　图2.反应条件下温度对DMC产量和选择性的影响：437.5 mmol MeOH，0.85 mmol DEG [Vim]2[NTf2]-2 IL，0.27 mmol EMCMONS-500催化剂，3 MPa CO2压力，120℃，3小时。
　　图3.反应条件下压力对DMC产量和选择性的影响：437.5 mmol MeOH，0.85 mmol DEG [Vim]2[NTf2]-2 IL，0.27 mmol EMCMONS-500催化剂，3 MPa CO2压力，120℃，3小时。
　　图4.反应条件下时间对DMC产量和选择性的影响：437.5 mmol MeOH，0.85 mmol DEG [Vim]2[NTf2]-2 IL，0.27 mmol EMCMONS-500催化剂，3 MPa CO2压力，120℃，3小时。
　　图5.在ILs-EMCMONS-500催化剂上，不同温度下ln[1/（1-α）]与t的关系。
　　图6.用于测定ILs-EMCMONS-500催化剂活化能的Arrhenius图lnk与（1/T）的关系。
　　图7.反应条件下，ILs-EMCMONS-500催化剂负载量对DMC产量和选择性的影响：437.5 mmol MeOH，0.85 mmol DEG [Vim]2[NTf2]-2 IL，0.27 mmol EMCMONS-500催化剂，3 MPa CO2压力，120℃，3 h。
　　图8.ILs-EMCMONS-500催化剂在以下反应条件下合成DMC产物的可重复使用性：437.5 mmolMeOH，3 MPa CO2压力，120℃，3小时。
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