化学工业生产过程中既要保持可持续发展，又要全力保护人类赖以生存的生态环境。另一方面，有机合成反应类型多种多样，但很多都是酸/碱催化或选择氧化还原催化过程，特别是选择氧化能合成出附加值更高的精细有机化学品，但也是难度很大的有机化工过程。因此，这要求发展绿色化学过程，使用高选择性、高原子利用率的新催化工艺，主要依赖于新催化材料的研制与开发。
有机-无机杂化材料由于兼具有机和无机材料的特性，二者的功能都具有高度可剪裁性，使其性能呈现多样化，因而成为当今材料科学与技术领域中的热点研究方向。例如，多金属氧酸盐是一类含有氧桥的多核无机金属配合物，具有氧化还原性。它可以与有机分子/高分子或有机金属化合物通过静电作用、离子键或共价键作用形成有机-无机杂化材料，主要特征如下： (1) 有机组分可以调变多金属氧酸盐的溶解性等性质，且多金属氧酸盐仍能保持其固有的阴离子结构催化氧化还原反应； (2) 多金属氧酸盐阴离子具有不同的电荷，不同的形状和尺寸，这将有利于调变有机组分与其相互作用， 以合成出含有各种有序空间排列结构的分子聚集体。 (3) 多金属氧酸盐作为电子接受体，可被一个或多个电子还原成混合价态的阴离子， 当它和有机π电子给体结合后， 电子离域将在有机体系和无机体系中共存，这将有利于调变多金属氧酸盐的氧化还原性能。 因此，有机物的修饰可以很大程度上改变无机化合物的物理化学性质，这类材料已在电子、光学、生物医药等领域显示出诱人的应用前景。实际上，基于多金属氧酸盐的有机-无机杂化材料也引起了催化学者的关注。
研究目标与内容
近年来，交联离子聚合物（如PILs，聚离子液体）由于具有比离子液体更好的热稳定性和良好的结构可调变性已经被用于越来越多的有机合成反应中。已有很多研究报道将活性金属组分负载于聚离子液体中应用于氧化还原反应中，韩布兴课题组[1]将烷基化乙烯基咪唑离子液体单体同二乙烯基苯（DVB）共聚，制备出交联型 DVB 骨架的离子共聚物，该催化剂在以环氧丙烷为底物的 CO2 环加成反应中表现出了比均相离子液体还要高的活性。 随后，Shi[2]等将羟基功能化离子液体单体同 DVB 共聚，制备出酸碱双功能化聚离子液体， 催化性能有了进一步提高。王倩等[3]通过离子交换的方法将 Na2PdCl4 负载到羧基功能化的离子共聚物上，随后使用 NaBH4 还原 Pd2+，成功制备出一系列封装 Pd 纳米粒子的介孔离子共聚物，并应用于 O2 氧源条件下的水相体系苯甲醇氧化反应中，取得了非常优异的催化性能，富含羧基官能团的离子框架材料对于稳定 Pd 纳米粒子具有非常关键的作用。笼型倍半硅氧烷（polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS）具有独特的结构和良好的耐热性，对 POSS 进行有机官能化后可得到高性能的新型有机-无机杂化材料，获得高的比表面积和刚性结构，集中了无材材料与有机材料的优点。
本项目拟采用POSS基聚离子液体（PILs）与多金属氧酸盐结合的策略，设计制备一类有机-无机杂化固体金属催化剂，并将其应用于典型选择氧化有机合成反应（如醇氧化、苯羟基化反应等）。重点研究催化剂的制备工艺以及催化性能（注重固体催化剂的回收和复用性能），结合分析表征实验，深入认识这类固体催化剂的物理化学性质、阴阳离子间的相互作用、有机阳离子中功能化基团对催化剂性能的影响和催化剂构效关系，揭示催化反应历程，形成以反应条件温和、催化剂活性选择性高且复用性能好的若干绿色有机化工工艺。
特色与创新点
1）本项目通过具有阴阳离子键作用，将POSS基功能化聚离子液体和多金属氧酸盐催化剂结合， 制备多金属氧酸盐基催化剂。这是一种新颖的有机无机固体催化材料，为解决本羟基化反应中，催化剂回收复用困难，催化活性低，以及主催化剂和助催化剂的有效协同催化，提供了全新的技术途径。所以说，本项目提出的催化剂设计和制备策略是重要的创新。
2）本项目根据模型反应（如醇氧化、苯羟基化反应等）的特点，设计制备相应的复合一体化固体催化剂，并研究其催化效果， 探索催化反应机理，致力于实现绿色高效精细有机化合物的生产，是本项目在化工应用方面的特色与创新。
学生获得的训练
1）指导老师的指导下，学生自主设计实 验、组建设备、进行实验、并进行数据分析处理和撰写总结报告等工作 ；
2) 通过本训练项目的实施，引导学生进入学科研究前沿，提高实践能力, 启发创新意识；
3) 培养学生检索文献、 自主学习新知识和撰写科技论文的能力；
4）使学生树立严谨 的科学态度，成为具有团队协作精神和创业精神的人才。
预期成果
1）份文献资料综述
2）1份研究或设计方案
3）1份实验记录
4）4份心得体会
参考文献
[1] Xie Y, Zhang Z, Jiang T, et al. CO2 Cycloaddition reactions catalyzed by an ionic liquid grafted onto a highly cross-linked polymer matrix[J]. Angew Chem Int Ed, 2007, 46(38): 7255-7258.
[2] Shi T-Y, Wang J-Q, Sun J, et al. Efficient fixation of CO2 into cyclic carbonates catalyzed by hydroxyl-functionalized poly(ionic liquids)[J]. RSC Adv, 2013, 3(11): 3726-3732.
[3] Wang Q, Cai X, Liu Y, et al. Pd nanoparticles encapsulated into mesoporous ionic copolymer: Efficient and recyclable catalyst for the oxidation of benzyl alcohol with O2 balloon in water[J]. Appl Catal B, 2016, 189: 242-251.