共同通讯作者：刘猛帅 刘福胜

通讯单位：青岛科技大学

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124895

技术支持：本文计算由天玑算·科研服务提供技术支持

CO₂作为主要的温室气体之一，其过量排放引发的环境问题已成为全球关注的焦点。与此同时，CO₂作为一种廉价、丰富且可再生的C1资源，通过化学转化制备高附加值化学品被认为是实现碳中和与资源循环利用的重要途径。其中，环状碳酸酯因其在锂离子电池电解液、高分子材料单体及绿色溶剂等领域的广泛应用，成为CO₂固定反应中极具价值的目标产物。然而，目前均相催化体系普遍存在催化剂分离困难、循环稳定性差，限制了其广泛应用；多相催化剂具有易于分离循环利用的优势，但是仍面临催化剂活性不足，需要高温高压以及高纯的CO₂等苛刻的反应条件。因此，发展新型多相催化剂实现CO₂温和条件下的高效转化成为该领域的迫切需求。

近日，青岛科技大学刘猛帅/刘福胜团队在合理设计功能单体的基础上，采用离子热共缩聚法，成功制备出系列方酰胺衍生基共价三嗪框架（SCTF-R；R = H, F, CF₃），并对其结构进行了表征。研究发现SCTF-R具有高表面积（605-833 m²/g），并包含高密度氢键供体和CO₂亲和位点。在273 K和1.0 bar的CO₂压力下，SCTF-R具有高达2.5 mmol/g的CO₂吸附能力。将SCTF-R应用于低浓度CO₂与环氧化物的环加成反应，分别研究了不同取代基结构、反应参数等因素对产品收率和选择性的影响，确定了SCTF-CF₃为最优的多相催化剂。在温和、无金属/溶剂的条件下，SCTF-CF₃/KI催化体系在低浓度CO₂转化为溴丙烯碳酸酯方面表现出优异的性能。这归因于二元催化体系不同活性位点之间的协同作用，可以同时实现对CO₂的吸附活化以及环氧化物的活化与开环。

通过原位FT-IR监测和DFT计算相结合，阐明了方酰胺基团在反应机理中的重要作用。该工作解决了目前环加成反应中依赖高纯度CO₂、金属和溶剂以及反应过程中需要高温高压的问题。以上研究成果以“Unveiling the incorporation of dual hydrogen-bond-donating squaramide moieties into covalent triazine frameworks for promoting low-concentration CO₂ fixation”为题发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy期刊。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124895。

青岛科技大学刘猛帅/刘福胜团队长期围绕CO₂高值化利用领域存在的关键科学与技术瓶颈问题开展研究，近年来在CO₂高效转化合成有机碳酸酯、喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮、苯丙炔酸、恶唑烷酮及其衍生物等高值精细化学品方面取得了系列进展，创制出了系列多功能催化材料（AIChE J., 2024, 70, e18488; Chem. Eng. Sci., 2024, 297, 120298; Chem. Eng. J., 2024, 500, 157099; Sep. Purif. Technol., 2024, 329, 125196），为面向CO₂高效清洁利用先进功能材料的设计与开发提供了重要借鉴。