CO2作為一種廉價(jià)、易得、無毒且可再生的C1資源，其高效化學(xué)利用已成為當(dāng)前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。以CO2為原料，通過開發(fā)先進(jìn)的催化技術(shù)，可將CO2轉(zhuǎn)化合成各種高附加值化工與能源產(chǎn)品。其中，環(huán)狀碳酸酯因其廣泛的工業(yè)應(yīng)用而吸引了研究人員極大的研究興趣。然而，由于CO2較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)惰性，當(dāng)前所報(bào)道的催化劑在催化活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、分離回用等方面的綜合性能仍存在一定的技術(shù)缺陷。因此，針對(duì)CO2轉(zhuǎn)化合成環(huán)狀碳酸酯反應(yīng)，設(shè)計(jì)開發(fā)兼具高活性與高穩(wěn)定性、且易于分離回用的新型催化劑仍是當(dāng)前該領(lǐng)域的迫切需求。
化工學(xué)院劉猛帥/劉福勝團(tuán)隊(duì)長期圍繞CO2高值化利用領(lǐng)域存在的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)瓶頸問題開展研究，近年來在CO2高效轉(zhuǎn)化合成有機(jī)碳酸酯、喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮、苯丙炔酸、惡唑烷酮及其衍生物等高值精細(xì)化學(xué)品方面取得了系列進(jìn)展，創(chuàng)制出了面向不同CO2轉(zhuǎn)化路徑的系列多功能催化材料（AIChE J., 2024, e18488; Sep. Purif. Technol., 2024, 329, 125196;J. Colloid Interface Sci., 2024, 656, 24–34; J. Colloid Interface Sci., 2024, 661, 1000–1010）。近日，團(tuán)隊(duì)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(jì)與開發(fā)方面取得重要研究進(jìn)展。作者通過合理設(shè)計(jì)芳香類單體結(jié)構(gòu)，基于傅-克烷基化反應(yīng)原理，創(chuàng)制了系列超交聯(lián)多孔有機(jī)聚合物催化劑。通過對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行調(diào)控與優(yōu)化研究，發(fā)現(xiàn)該類催化劑可展現(xiàn)出規(guī)整的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積和優(yōu)異的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了無溶劑、無金屬以及常壓條件下高效催化CO2轉(zhuǎn)化合成環(huán)狀碳酸酯。
結(jié)合密度泛函理論（DFT）計(jì)算的方法，作者深入闡明了不同活性位點(diǎn)與模型反應(yīng)物的相互作用以及新型催化微環(huán)境下CO2與環(huán)氧化物環(huán)加成反應(yīng)機(jī)理，為功能導(dǎo)向新型催化材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了重要指導(dǎo)。該工作解決了當(dāng)前多相催化劑存在的穩(wěn)定性差、催化活性低導(dǎo)致的反應(yīng)需要高溫高壓等問題。以上研究成果以“Experimental and theoretical investigation of phenylpyridine-based hypercrosslinked polymers for atmospheric CO2adsorption and fixation under solvent-/metal-free conditions”為題發(fā)表于國際化工三大刊的Chemical Engineering Science，論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120298。青島科技大學(xué)化工學(xué)院2022級(jí)碩士研究生曲添添為第一作者，劉猛帥與劉福勝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(duì)發(fā)展計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
