在過去的幾十年里，化石燃料大量燃燒導(dǎo)致的二氧化碳（CO2 ）過度排放到大氣中可能直接導(dǎo)致全球氣候變化。為了減輕 CO2 造成的能源和環(huán)境危機(jī)， 科學(xué)家們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，以便有效地將過量的CO2 轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品或燃料。碳捕獲和利用技術(shù)有望幫助解決大氣中CO2 濃度增加導(dǎo)致的環(huán)境問題、化石燃料的過度依賴以及可再生能源的存儲問題——所謂“一石三鳥”。但是， 由于其固有的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)惰性，如何在相對溫和的條件下實(shí)現(xiàn)惰性 CO2分子的活化仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。目前主要策略有以下幾種：（1）使用具有高能量態(tài)的原料（如 H2、不飽和化合物、小環(huán)類有機(jī)化合物或金屬化合物等）；（2）合成具有低能量的目標(biāo)分子（如有機(jī)碳酸酯、噁唑啉酮等）；（3）設(shè)計(jì)易趨向于生成目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)路徑；（4）使用更強(qiáng)大的能量引發(fā)反應(yīng)（如光能、電能或熱能）。因此，在眾多CO2資源化利用的技術(shù)路線中，CO2與環(huán)氧化合物通過環(huán)加成反應(yīng)生成環(huán)狀碳酸酯是最有前途和最有效的固定CO2的方法之一；并且該反應(yīng)具有原料價(jià)廉、原子利用率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色化學(xué)與原子經(jīng)濟(jì)的要求。迄今為止， 各式各樣的催化劑系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于上述反應(yīng)，包括均相催化劑（如金屬配合物、季銨鹽或磷鹽、有機(jī)堿、離子液體等）和多相催化劑（如金屬氧化物、多孔無機(jī)材料、金屬有機(jī)框架、共價(jià)有機(jī)骨架、多孔有機(jī)聚合物等）。近日，廣東工業(yè)大學(xué)綠色化學(xué)過程團(tuán)隊(duì)羅榮昌副教授在綠色化學(xué)領(lǐng)域國際重要期刊《ChemSusChem》上發(fā)表綜述，題為“Recent Advances on Imidazolium-Functionalized Organic Cationic Polymers for CO2 Adsorption and Simultaneous Conversion into Cyclic Carbonates”(ChemSusChem, 2020, DOI: 10.1002/cssc.202001079)。該工作系統(tǒng)總結(jié)了咪唑修飾的多孔有機(jī)材料（諸如 POPs、CTFs、COFs、CMPs 等）在CO2吸附以及轉(zhuǎn)化到環(huán)狀碳酸酯的應(yīng)用。Fig. 1 Imidazolium-Functionalized Organic Cationic Polymers for CO2 Adsorption and Simultaneous Conversion into Cyclic Carbonates
該綜述從酸堿協(xié)同催化活化模型出發(fā)， 首先介紹了咪唑陽離子型多孔有機(jī)聚合物（IMiPOPs） 的發(fā)現(xiàn)和基本特征。通過與多孔無機(jī)材料和有機(jī)-無機(jī)雜化材料相比，論證了多孔有機(jī)材料的優(yōu)越性， 具體體現(xiàn)在：（1）單體選擇的靈活性及材料合成方法的多樣性促使對其孔道結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)等進(jìn)行理性設(shè)計(jì)，并在分子水平上對 CO2 吸附和轉(zhuǎn)化進(jìn)行有效調(diào)控；（2）超高的比表面積、非常低的骨架密度、豐富的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和孔道特性為 CO2 參與的反應(yīng)提供適宜的催化微環(huán)境，并強(qiáng)化多相催化反應(yīng)的傳質(zhì)，促使反應(yīng)能夠迅速、準(zhǔn)確、高效、高選擇性地進(jìn)行；（3）擁有更高的物理化學(xué)穩(wěn)定性，可在酸堿、潮濕等苛刻的環(huán)境中應(yīng)用，符合工業(yè)催化劑的要求。
Fig. 2 Features of three kinds of familiar functional materials.其次， 概述了咪唑陽離子型多孔有機(jī)聚合物的設(shè)計(jì)和合成。主要關(guān)注如何通過共價(jià)鍵聯(lián)的方法將咪唑單元引入到材料骨架中，以及如何將其他催化活性位點(diǎn)引入到聚合材料中以實(shí)現(xiàn)多功能化。通過系統(tǒng)分析典型材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合作者先前的工作基礎(chǔ)， 提出構(gòu)筑該類材料的四種主要合成策略：（1）后合成修飾策略（Post-synthetic Modification） ;（2）單組分自聚策略（One-component Self-condensation）;（3）多組分共聚策略（Multi-component Copolymerization）; （4）一鍋直接季銨化策略（One-pot Quaternization）。
Fig. 3 Synthetic strategies for imidazolium-functionalized organic cationic polymers. 最后， 作者總結(jié)并評價(jià)了典型咪唑陽離子型多孔有機(jī)聚合物在CO2 合成環(huán)狀碳酸酯中的催化性能，提出了影響催化活性的關(guān)鍵因素。
綜上所述， 通過在原子水平上靈活設(shè)計(jì)各種帶電或中性的聚合物單體， 并將各種設(shè)計(jì)策略的優(yōu)勢完美地結(jié)合起來， 實(shí)現(xiàn)咪唑陽離子型多孔有機(jī)聚合物的可控構(gòu)筑， 以達(dá)到在不需要任何助劑和溶劑的情況下將捕獲的CO2轉(zhuǎn)化成環(huán)狀碳酸酯。如選擇剛性且扭曲的結(jié)構(gòu)砌塊有利于提高聚合物的比表面積，以達(dá)到優(yōu)化孔道結(jié)構(gòu)的目的，進(jìn)而增強(qiáng)CO2的吸附能力和反應(yīng)傳質(zhì)效率；或在離子骨架中引入多種的催化活性基團(tuán)及親CO2位點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)常溫常壓下CO2的捕集和協(xié)同催化轉(zhuǎn)化。
廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院為論文唯一作者單位，羅榮昌副教授為論文第一作者和通訊作者。論文其他作者還有研究生劉香英， 推免生陳敏，劉寶玉副教授和方巖雄教授（團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人）。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和廣東工業(yè)大學(xué)青年百人計(jì)劃的資助。
http://orcid.org/0000-0003-3107-6609https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202001079
