二氧化碳(CO2)是化石燃料燃燒的主要產(chǎn)物，其過度排放是全球氣候變暖的主要原因。同時，CO2做為一種廉價、無毒、可再生和容易獲得的碳源，如何將其捕獲及催化轉(zhuǎn)化為有附加值的化學(xué)品引起了人們的極大興趣。而將CO2與環(huán)氧化合物催化轉(zhuǎn)化成環(huán)狀碳酸酯被認(rèn)為是一種高效、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境友好的方法。在這個反應(yīng)中，環(huán)氧化合物開環(huán)是反應(yīng)的速率決定步驟，為了實(shí)現(xiàn)環(huán)氧化合物活化以及隨后的CO2環(huán)酯化，科研工作者付出了巨大的努力，設(shè)計(jì)合成了各種不同結(jié)構(gòu)和性能的催化劑。其中，含氫鍵供體(羥基、氨基和羧基等)和親核基團(tuán)(鹵素陰離子等)的聚合物被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ漠愊啻呋瘎?，它們可以在CO2環(huán)加成反應(yīng)中起到協(xié)同催化的作用。但是，大多數(shù)異相催化體系的孔隙率有限，不利于底物與催化活性中心的接觸，導(dǎo)致了較低的活性。
基于此，開發(fā)新型雙組分多孔異相催化劑用于CO2吸附、活化及隨后的環(huán)酯化成為了研究熱點(diǎn)。共價有機(jī)骨架材料(COFs)的模塊化合成策略可以將親CO2組分均勻的構(gòu)筑到COFs骨架中，促進(jìn)CO2吸附、富集及催化轉(zhuǎn)化。作為一種替代方法，可以利用COFs高的比表面積和孔隙率將咪唑鹽離子液體或其聚合物(ImIP)整合到COFs孔道中形成多相復(fù)合材料，通過雙組分的協(xié)同作用提高CO2環(huán)加成反應(yīng)的催化活性。
根據(jù)以上策略，閩江學(xué)院灑榮建教授與中科院福建物構(gòu)所王瑞虎團(tuán)隊(duì)合作，報道了一種富氮共價有機(jī)骨架(TT-COF)和咪唑鹽離子聚合物(ImIP)的主客體催化體系(ImIP@TT-COF)，它們分別作為氫鍵給體和親核劑，協(xié)同促進(jìn)環(huán)氧化物的活化及隨后的CO2環(huán)加成反應(yīng)。這些組分分別表現(xiàn)出納米片和納米線的形態(tài)，有助于催化活性位點(diǎn)的可用性。所制備的主客體復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的CO2吸附能力，CO2對N2的吸附選擇性較高。在CO2與環(huán)氧化合物的環(huán)加成反應(yīng)中取得了優(yōu)異的催化活性和優(yōu)異的循環(huán)再用性。該主-客體異相催化體系的活性明顯優(yōu)于單組份的TT-COF、ImIP及其物理混合物。此外，ImIP@TT-COF對CO2的高選擇性吸附，使得該催化體系對模擬煙道氣的環(huán)加成反應(yīng)也有很好的效果。這項(xiàng)工作為CO2催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品的無金屬催化體系開發(fā)提供了一個新的機(jī)遇。 論文信息： Carbon Dioxide Conversion Upgraded by Host‐guest Cooperation between Nitrogen‐Rich Covalent Organic Framework and Imidazolium‐Based Ionic Polymer 文章第一作者為鐘鴻助理研究員。 ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202001658
