[01013584]合成二氧化碳化工品聚/环-碳酸酯的催化剂设计与性能研究

成果“合成二氧化碳化工品聚/环-碳酸酯的催化剂设计与性能研究”属于化学科学领域。在化石资源日渐枯竭和温室效应愈发严重的今天，二氧化碳(CO₂)的化学利用不仅可以减缓因大气中CO₂升高引起的“温室效应”，还可以弥补因化石资源大量利用带来的资源短缺问题，具有保护环境、节约资源的双重功效，是CO₂减排的重要技术手段之一。其中基于CO₂与环氧化合物合成可生物降解的聚碳酸酯和精细化工中间体环状碳酸酯的反应由于其原子利用率高、过程经济性好和减排潜力大等优势，成为CO₂化学利用的主要研究方向之一。然而，这一反应除了存在产物选择性的科学问题外，还尚存在反应效率低下的不足，影响了其规模化应用。解决这一问题的关键就是要发展高效、高选择性催化剂。该项目在国家自然科学基金面上和国际合作等项目的资助下，针对上述关键科学问题，设计开发了多种催化体系，研究了催化剂结构对反应底物的活化规律和催化性能之间的关系， 取得重要成果如下: 1.首次合成了的金属中心为低毒铝的、对空气稳定的具有“分子内协同(1+1>2)效应”的功能席夫碱(Salen)金属配合物。该类配合物对空气和湿气稳定，无需助催化剂实现了CO₂与环氧化合物高效选择性地生成环状碳酸酯，并实现多次循环利用，这与传统Salen铝配合物需要在路易斯碱存在下才能催化该反应进行明显不同。基于27Al核磁共振方法确定了配合物中存在五和六配位的两种金属中心，其中六配位的金属中心对催化剂的活性发挥起到重要作用，为金属Al配合物催化中心的研究提供了一种简单易行的测试方法。 2.合成了多种结构新颖的功能Salen钴配合物。发展了一种“一石二鸟”（在一步反应中同时实现了取代基叔丁基选择性脱除和官能团由羟基转化为溴）制备季铵盐功能化Salen钴配合物配体前驱物的合成方法，不需要保护和脱保护，大大简化了合成步骤，为这种金属配合物低成本制备和其在CO₂与环氧丙烷合成一种可生物降解的聚碳酸酯的应用提供了可能。 3.设计合成了结构新颖的金属锌酮亚胺配合物，该类配合物结构易调，便于研究配体取代基的位阻和电子效应与催化活性之间的构效关系，得到了取代基的电子效应对催化CO₂与环氧化合物反应生成聚碳酸酯活性影响规律，丰富和拓展了CO₂与环氧化合物反应催化剂的设计思路。设计合成的催化剂及其路线因其新颖性和创新性获权国家发明专利7件，发表SCI科研论文12篇。5篇代表作被他引251次，单篇最高被他引128次。引文发表在Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Coord. Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Green Chem.、ACS Catal.等有重要国际影响的学术期刊上，受到国内外绿色化学、催化科学、高分子科学等领域专家学者的广泛关注。研究成果为新型催化剂的设计合成提供了实验和理论支撑。