在國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，將二氧化碳（CO₂）直接催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品具有“碳減排”和“碳增匯”的重要意義。

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室均多相融合課題組一直致力于CO₂催化活化和定向轉(zhuǎn)化合成精細(xì)化學(xué)品的研究（Nature Commun., 2019, 10, 2599;Chin. J. Catal. 2019, 40, 1141; ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, 5, 5758; Chem. Commun., 2014, 50, 189; Chem. Sci., 2014, 5, 649; Chem. Commun., 2014, 50, 13521），成功創(chuàng)制出Pd/CuZrOx、Pd/Al₂O₃-NR-RD、Pd/C以及CuAlOx等多相催化材料。

　　通過CO₂和環(huán)氧化合物的環(huán)加成反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯是一種有效且可持續(xù)的化學(xué)固定CO₂策略。環(huán)狀碳酸酯廣泛應(yīng)用于工業(yè)塑料合成、鋰離子電池電解質(zhì)、燃料添加劑、綠色試劑、精細(xì)化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。因此，CO₂轉(zhuǎn)化為環(huán)狀碳酸酯的研究受到了廣泛關(guān)注。目前，該反應(yīng)大多采用高純度的CO₂（99.99%），但CO₂提純過程能耗和成本高、運(yùn)輸和儲(chǔ)存難。因此，從可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，通過將煙道氣中的CO₂原位捕集和轉(zhuǎn)化，是非常有前景的研究領(lǐng)域。

圖一、煙道氣中CO₂與環(huán)氧化合物環(huán)加成反應(yīng)

　　近日，該課題組開發(fā)了一種以PP₁,₄Br/ZnCl₂為催化劑，通過將煙道氣中CO₂捕集與環(huán)氧化合物原位環(huán)加成反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了環(huán)狀碳酸酯高效合成。雖然煙道氣成分復(fù)雜，CO₂濃度低（19.4 vol%），但PP₁,₄Br/ZnCl₂體系表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，在溫和條件下環(huán)碳酸酯的收率可達(dá)98%（圖一）。PP₁,₄Br/ZnCl₂具有良好的可回收性、穩(wěn)定性和耐水性。在PP₁,₄Br/ZnCl₂體系中，即使整個(gè)體系的水分含量從1.48 wt%增加到6.98wt%時(shí)，收率也沒有明顯變化（圖二）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在特定的條件下反應(yīng)時(shí)，體系中CO₂殘留量可以降低到600ppm以下，同時(shí)環(huán)狀碳酸酯可取得較高的收率（圖二）。

圖二、 PP1,4Br/ZnCl2的耐水穩(wěn)定性研究(a)，煙氣中CO2與環(huán)氧化物環(huán)加成反應(yīng)的放大反應(yīng)(b-d)

　　上述研究為CO₂原位捕集和催化轉(zhuǎn)化提供了思路。同時(shí)，在CO₂利用和綠色化工中具有廣闊應(yīng)用前景。該研究工作以“In situ CO₂ Capture and Transformation to Cyclic Carbonate Using Flue Gas”為題在線發(fā)表在Green Chemistry (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d2gc04757h)上。中國科學(xué)院大學(xué)碩士生馬海英為論文第一作者，石峰研究員為通訊作者。

　　以上工作得到了國家自然科學(xué)基金，中科院和甘肅省自然科學(xué)基金的支持。