Preparation of Bifunctional Metal-organic Framework Materials and Application in Catalytic Olefins Epoxidation

doi:10.7503/cjcu20220458

Abstract

Abstract:

Metal organic framework materials（MOFs） are coordination polymers formed by coordination. Recent studies have found that MOFs are the kind of heterogeneous catalysts with excellent catalytic performance due to their stable active sites in many reactions. In this paper， the ZnCo-MOF bimetallic catalyst material were prepared by the synthetic method of rotational hydrothermal crystallization using ZnO as the zinc source. X-ray diffraction（XRD）， Fourier transform infrared spectrum（FTIR）， scanning electron microscopy（SEM） and X-ray photoelectron spectro-scopy（XPS） were used to represent the morphology， structure and composition of the catalyst. The prepared catalyst can obtain epoxide with high conversion and high selectivity without adding any initiator or co-reducing agent in the air epoxidation reaction of catalyzed diolefin by microwave heating. The ZnCo-MOF catalyst synthesized by rotational hydrothermal method（110 r/min） has the best activity in the catalytic epoxidation of α-pinene and α-methylstyrene， which can obtain 86.3% and 99.8%（molar fraction） conversion， respectively， and the selectivity of the correspon-ding epoxides reach 93.8% and 94.3%.

Key words: Nano ZnO, Bifunctional material, Microwave, Olefins, Air epoxidation

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

DONG Yanhong, LU Xinhuan, YANG Lu, SUN Fanqi, DUAN Jingui, GUO Haotian, ZHANG Qinjun, ZHOU Dan, XIA Qinghua. Preparation of Bifunctional Metal-organic Framework Materials and Application in Catalytic Olefins Epoxidation[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220458.

Figures/Tables 13

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Catalyst	Temperature/℃	Mass loss（%）	Total loss（%）
ZnCo?MOF?H?110	30—250	3.8	88.0
	250—400	66.4
	400—650	17.8
ZnCo?MOF?D?110	30—250	3.2	88.6
	250—400	62.8
	400—650	22.6
ZnCo?MOF?H?static	30—250	3.7	74.2
	250—400	52.1
	400—650	18.4
ZnCo?MOF?D?static	30—250	4.4	85.5
	250—400	61.4
	400—650	19.7

Catalyst	Temperature/℃	Mass loss（%）	Total loss（%）
ZnCo?MOF?H?110	30—250	3.8	88.0
	250—400	66.4
	400—650	17.8
ZnCo?MOF?D?110	30—250	3.2	88.6
	250—400	62.8
	400—650	22.6
ZnCo?MOF?H?static	30—250	3.7	74.2
	250—400	52.1
	400—650	18.4
ZnCo?MOF?D?static	30—250	4.4	85.5
	250—400	61.4
	400—650	19.7

Entry	Substrate	Molar ratio	Conv. （%， molar fraction）	Total conv. （%， molar fraction）	Epoxide selec.（%）
1	α?Pinene	No α?Methylstyrene	58.3	58.3	93.5
2	α?Pinene	6∶1	72.6	75.4	92.9
	α?Methylstyrene		92.3		93.0
3	α?Pinene	5∶1	86.3	88.6	93.8
	α?Methylstyrene		99.8		94.3
4	α?Pinene	4∶1	82.4	85.4	92.8
	α?Methylstyrene		97.5		93.5
5	α?Pinene	3∶1	80.5	84.6	92.4
	α?Methylstyrene		96.9		93.0
6	α?Pinene	2∶1	76.3	82.3	92.3
	α?Methylstyrene		94.3		92.7
7	α?Pinene	1∶1	68.4	78.0	91.7
	α?Methylstyrene		87.7		92.0
8	α?Pinene	1∶2	57.9	73.3	90.1
	α?Methylstyrene		81.0		90.3
9	α?Methylstyrene	No α?Pinene	65.9	65.9	89.9

Entry	Substrate	Molar ratio	Conv. （%， molar fraction）	Total conv. （%， molar fraction）	Epoxide selec.（%）
1	α?Pinene	No α?Methylstyrene	58.3	58.3	93.5
2	α?Pinene	6∶1	72.6	75.4	92.9
	α?Methylstyrene		92.3		93.0
3	α?Pinene	5∶1	86.3	88.6	93.8
	α?Methylstyrene		99.8		94.3
4	α?Pinene	4∶1	82.4	85.4	92.8
	α?Methylstyrene		97.5		93.5
5	α?Pinene	3∶1	80.5	84.6	92.4
	α?Methylstyrene		96.9		93.0
6	α?Pinene	2∶1	76.3	82.3	92.3
	α?Methylstyrene		94.3		92.7
7	α?Pinene	1∶1	68.4	78.0	91.7
	α?Methylstyrene		87.7		92.0
8	α?Pinene	1∶2	57.9	73.3	90.1
	α?Methylstyrene		81.0		90.3
9	α?Methylstyrene	No α?Pinene	65.9	65.9	89.9

Entry	Molar ratio	Conv. （%， molar fraction）	Total conv. （%， molar fraction）	Epoxide selec.（%）
1	5∶1	87.5	88.0	93.8
		90.6		95.5
2	5∶1	79.8	82.4	100
		95.7		94.8
3	5∶1	78.3	81.9	100
		99.8		96.9
4	5∶1	59.0	51.6	94.6
		14.2		92.4
5	5∶1	23.6	35.2	90.7
		93.3		96.2