CO2是主要的溫室氣體，同時也是來源豐富、價廉、無毒且可再生的重要C1資源，CO2的高值化利用已引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而，由于CO2的高熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)惰性，實現(xiàn)CO2高效率與高選擇性轉(zhuǎn)化仍面臨巨大挑戰(zhàn)。其中，以CO2和環(huán)氧化合物為原料，通過環(huán)加成反應(yīng)合成有機碳酸酯是大規(guī)模資源化利用CO2極具產(chǎn)業(yè)化前景的途徑之一，具有重要的研究意義。針對該反應(yīng)路徑，設(shè)計開發(fā)兼具高活性與高穩(wěn)定性的多相催化劑是當(dāng)前本領(lǐng)域的迫切需求。
近日，化工學(xué)院劉猛帥、劉福勝團(tuán)隊在CO2高效轉(zhuǎn)化合成環(huán)狀碳酸酯新型多相催化劑的設(shè)計與開發(fā)方面取得重要研究進(jìn)展。作者從反應(yīng)物活化的角度出發(fā)，基于功能單體的合理設(shè)計，在室溫條件下以低共熔溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，通過一鍋多組分聚合反應(yīng)成功構(gòu)建出多元活性位點集成的金屬/離子共價有機聚合物催化劑。該類催化劑具有高比表面積、多元Lewis酸/堿以及親核性位點集成的結(jié)構(gòu)特點，兼具對CO2吸附活化和環(huán)氧化物活化-開環(huán)的雙功能性。通過合理調(diào)控催化劑活性位點類型與含量，其在多相催化常壓CO2轉(zhuǎn)化合成系列環(huán)狀碳酸酯反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
結(jié)合密度泛函理論（DFT）計算的方法，作者對比研究了不同類型的活性位點與反應(yīng)物的相互作用以及反應(yīng)能壘差異，進(jìn)而揭示了新型催化微環(huán)境下CO2環(huán)加成反應(yīng)機制。該工作解決了當(dāng)前多相催化劑存在的穩(wěn)定性差、反應(yīng)過程需要高溫高壓或依賴不易分離的均相助催化劑的難題。以上研究成果以“Unveiling the integrated function of metallo-/ionic-covalent organic polymers for boosting atmospheric CO2conversion”為題發(fā)表在化工領(lǐng)域TOP期刊AIChE Journal上，論文鏈接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.18488。化工學(xué)院2022級碩士研究生張含為第一作者，劉猛帥為通訊作者，青島科技大學(xué)為第一通訊單位。
此外，團(tuán)隊成員前期針對CO2高值化利用存在的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問題，圍繞功能碳材料（Sep. Purif. Technol., 2024, 329, 125196）、周期性介孔有機硅（Chem. Eng. J., 2023, 477, 147243）、金屬有機框架（J. Colloid Interface Sci., 2024, 656, 24–34; J. Colloid Interface Sci., 2024, 661, 1000–1010）等功能材料的設(shè)計制備與應(yīng)用也已取得系列重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在中科院一區(qū)TOP期刊，劉福勝教授與團(tuán)隊教師劉猛帥為論文共同通訊作者，青島科技大學(xué)為第一通訊單位。
以上研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省青創(chuàng)團(tuán)隊發(fā)展計劃等項目的資助。
