氢键供体离子共价有机框架的合成及其在二氧化碳增值转化中的应用

本文报道了两种含氢键供体（HBD）的共价有机框架（COF）材料——HBD-COF及其离子化衍生物HBD-iCOF，用于在温和（无溶剂、无共催化剂、常压）条件下催化CO2与环氧化物的环加成反应。研究表明，HBD-iCOF凭借咪唑鎓阳离子与Br?阴离子的协同活化作用及更高CO2吸附热（Qst=44.5 kJ·mol?1），实现了95.8%的环碳酸酯收率，为绿色碳资源转化提供了新策略。

　　

亮点

• •
  通过后合成修饰策略成功构建含氢键供体（HBD）的离子型共价有机框架（HBD-iCOF）
• •
  HBD-iCOF在无溶剂、无共催化剂条件下高效催化CO₂与环氧化物的环加成反应
• •
  咪唑鎓阳离子与Br^?阴离子协同活化环氧化物，显著降低反应能垒（59.5 kJ·mol^?1）
• •
  联合π-π相互作用与氢键作用赋予材料高CO₂亲和性（Q_st=44.5 kJ·mol^?1）

结构表征

通过TAPT与TTMIC单体的缩合反应合成亚胺连接的HBD-COF，再经溴乙烷后修饰获得HBD-iCOF。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固态¹³C核磁共振（NMR）和X射线光电子能谱（XPS）证实了材料的化学结构。FTIR谱图中N–H特征吸收峰的消失与C=N伸缩振动峰的出现，印证了亚胺键的成功形成（图S1）。

结论

本研究成功合成两种含氢键供体（HBD）的共价有机框架（COF），用于催化CO₂-环氧化物环加成反应。通过溴乙烷对中性HBD-COF进行简易离子化，所得HBD-iCOF凭借其独特的联合π-π相互作用与氢键作用，展现出优异的CO₂捕获能力与催化性能，为开发高效金属-free碳固定催化剂提供了新思路。