伍广朋研究员Angew：用于CO2高效转化为环状碳酸酯的可扩展，耐用和可回收的无金属基催化剂- 大数跨境

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伍广朋研究员Angew：用于CO2高效转化为环状碳酸酯的可扩展，耐用和可回收的无金属基催化剂

科学材料站

2020-09-21

导读：该工作介绍了用于偶联CO2和环氧化物的一系列高活性有机硼催化剂，这些催化剂具有可扩展的制备，热稳定性和可回收性的优点。

文章信息

用于CO2高效转化为环状碳酸酯的可扩展，耐用和可回收的无金属基催化剂

第一作者：Yao-Yao Zhang

通讯作者：伍广朋*

单位：浙江大学

研究背景

无金属催化系统因其通用的化学结构，简化的制备程序以及避免金属去除而获得了发展势头。许多催化剂，包括咪唑盐，季铵盐，salts盐，idine基，卡宾基，和基于氢键供体的催化体系已经广泛研究了将CO2与环氧化物偶联的方法。另一方面，即使非均相催化体系很容易从产物中分离出来以进行再利用，对均相化合物的研究对于澄清结构-性能关系也是必要的，这有助于深入理解反应机理和反应机理。

文章简介

近日，浙江大学伍广朋研究员等在国际顶级期刊Angewandte Chemie (影响因子：12.257) 上发表题为“Scalable, Durable, and Recyclable Metal‐Free Catalysts for Highly‐Efficient Conversion of CO2 to Cyclic Carbonates”的研究工作。

该工作介绍了用于偶联CO2和环氧化物的一系列高活性有机硼催化剂，这些催化剂具有可扩展的制备，热稳定性和可回收性的优点。无金属催化剂对多种环状碳酸酯表现出高反应活性（14个实例），可以承受高达150℃的高温。与当前大多数使用mol％催化剂的无金属催化体系相比，在助催化剂存在下，我们的催化剂的催化能力可以提高三个数量级（环氧化物/催化剂= 200,000 / 1，摩尔比）。

这大大缩小了无金属催化剂与最先进的金属体系之间的差距。在对晶体结构，结构性能关系，动力学研究和关键反应中间体的研究的基础上，提出并证明了分子内合作机制。

本文要点

要点一：为了拓宽无金属催化剂的应用范围，本文展示了我们在将环氧化合物与CO2偶联到各种环状碳酸酯中的工作，这些环状碳酸酯广泛用于精细化学品和聚合物前体中。我们发现这些催化剂对多种环状碳酸酯均显示出与金属基催化剂相当的反应性，并且可以承受高达150 ℃的高温。

要点二：与迄今报道的其他无金属催化剂相比，该催化剂在最佳条件（TOF = 11,050 h-1、150 ℃和10 bar）和环境条件（TOF = 4.0 h-1、25 ℃和1 bar）下均具有最高的PO / CO2偶联活性。使此有机硼催化剂成为最有效的无金属催化体系之一。催化剂回收研究表明，经过五批催化运行后，催化活性的损失可以忽略不计。同时保留了超过99％的产物选择性。

要点三：通过调节硼中心（亲电位点）和季铵盐（亲核位点）的电子和空间性质，以及亲电和亲核中心之间的距离，系统地研究了我们催化剂的结构-性能关系。最后，在动力学研究和偶联反应的关键中间体的基础上，提出了详细的催化循环。

文章链接

Scalable, Durable, and Recyclable Metal‐Free Catalysts for Highly‐Efficient Conversion of CO2 to Cyclic Carbonates

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010651

通讯作者介绍

伍广朋，工学博士、浙江大学高分子科学与工程学系 “百人计划” 特聘研究员、博士生导师。

目前主要从事二氧化碳化学转化、可降解高分子材料、嵌段聚合物蚀刻技术等方面的研究。具体涉及高效金属/无金属聚合催化剂的开发，环境友好二氧化碳基聚碳酸酯、聚酯高分子、聚醚高分子材料的构筑，聚合物微结构和材料性能的关系与调控，以及高灵敏度、低粗糙度、高分辨率的嵌段共聚物和光刻胶材料。

目前承担国家自然科学基金面上、重大研究计划(培育项目)等科研任务，以第一或通讯作者发表J. Am. Chem. Soc.（4）、Angew. Chem. Int. Ed.（2）、Macromolecules（6）、Energy Environ. Sci.（1）、Nano Letters（1）、ACS Nano（1），相关研究授权多篇专利，并获得2015年教育部自然科学一等奖(4/7)。