Ionic Liquid-Functionalized Covalent Organic Frameworks for CO2 to Cyclic Carbonate Conversion under Solvent, Metal, and Co-Catalyst Free Conditions

离子液体 催化作用 材料科学 共价键 离子键合 环加成 试剂 化学工程 有机化学 化学 工程类 离子
作者
Tiantian Wen,Xiaohui Liu,Jing‐Ru Feng,Shuo-Yun Zheng,Han-Kang Zhong,Hanwen Zhang,Can Xue,Xiantai Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (28): 40574-40582 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.5c09311
摘要

The efficient and sustainable conversion of carbon dioxide (CO2) into value-added chemicals represents a promising approach for addressing environmental and energy challenges. Herein, we report the design and synthesis of a series of ionic liquid-functionalized covalent organic frameworks, [DD]X%-PB-COF (X = 25, 50, 75, 100), via postsynthetic modification of hydroxyl-containing COFs using triethylenediamine-based ionic liquids. The resulting materials exhibit high crystallinity, tunable active site density, and well-defined one-dimensional channels conducive to CO2 mass transport. Among the series, [DD]75%-PB-COF showed the highest catalytic activity for the cycloaddition of CO2 with epoxides under metal-free, solvent-free, cocatalyst-free, and pressure-free conditions, affording cyclic carbonates in excellent yields with >99% selectivity. The catalyst demonstrated broad substrate scope, including aliphatic, aromatic, and functionalized epoxides, and retained its activity and structural integrity over multiple recycling cycles. Mechanistic studies and in situ IR analysis revealed a synergistic dual-center catalytic mode, involving both electrophilic activation and nucleophilic ring-opening, enabled by the ionic liquid moieties and the COF architecture. This work presents a robust and recyclable heterogeneous catalyst platform for green CO2 fixation, offering new insights into the integration of ionic liquids and crystalline porous frameworks for sustainable catalysis.
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