在过去的几十年里，化石燃料大量燃烧导致的二氧化碳（CO2 ）过度排放到大气中可能直接导致全球气候变化。为了减轻 CO2 造成的能源和环境危机， 科学家们已经进行了大量的研究工作，以便有效地将过量的CO2 转化为高附加值的化学品或燃料。碳捕获和利用技术有望帮助解决大气中CO2 浓度增加导致的环境问题、化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题——所谓“一石三鸟”。但是， 由于其固有的热力学稳定性和动力学惰性，如何在相对温和的条件下实现惰性 CO2分子的活化仍然是一个挑战。目前主要策略有以下几种：（1）使用具有高能量态的原料（如 H2、不饱和化合物、小环类有机化合物或金属化合物等）；（2）合成具有低能量的目标分子（如有机碳酸酯、噁唑啉酮等）；（3）设计易趋向于生成目标产物的反应路径；（4）使用更强大的能量引发反应（如光能、电能或热能）。因此，在众多CO2资源化利用的技术路线中，CO2与环氧化合物通过环加成反应生成环状碳酸酯是最有前途和最有效的固定CO2的方法之一；并且该反应具有原料价廉、原子利用率高、副产物少等优点，符合绿色化学与原子经济的要求。迄今为止， 各式各样的催化剂系统已经成功地应用于上述反应，包括均相催化剂（如金属配合物、季铵盐或磷盐、有机碱、离子液体等）和多相催化剂（如金属氧化物、多孔无机材料、金属有机框架、共价有机骨架、多孔有机聚合物等）。近日，广东工业大学绿色化学过程团队罗荣昌副教授在绿色化学领域国际重要期刊《ChemSusChem》上发表综述，题为“Recent Advances on Imidazolium-Functionalized Organic Cationic Polymers for CO2 Adsorption and Simultaneous Conversion into Cyclic Carbonates”(ChemSusChem, 2020, DOI: 10.1002/cssc.202001079)。该工作系统总结了咪唑修饰的多孔有机材料（诸如 POPs、CTFs、COFs、CMPs 等）在CO2吸附以及转化到环状碳酸酯的应用。Fig. 1 Imidazolium-Functionalized Organic Cationic Polymers for CO2 Adsorption and Simultaneous Conversion into Cyclic Carbonates
该综述从酸碱协同催化活化模型出发， 首先介绍了咪唑阳离子型多孔有机聚合物（IMiPOPs） 的发现和基本特征。通过与多孔无机材料和有机-无机杂化材料相比，论证了多孔有机材料的优越性， 具体体现在：（1）单体选择的灵活性及材料合成方法的多样性促使对其孔道结构和功能基团等进行理性设计，并在分子水平上对 CO2 吸附和转化进行有效调控；（2）超高的比表面积、非常低的骨架密度、丰富的空间拓扑结构和孔道特性为 CO2 参与的反应提供适宜的催化微环境，并强化多相催化反应的传质，促使反应能够迅速、准确、高效、高选择性地进行；（3）拥有更高的物理化学稳定性，可在酸碱、潮湿等苛刻的环境中应用，符合工业催化剂的要求。
Fig. 2 Features of three kinds of familiar functional materials.其次， 概述了咪唑阳离子型多孔有机聚合物的设计和合成。主要关注如何通过共价键联的方法将咪唑单元引入到材料骨架中，以及如何将其他催化活性位点引入到聚合材料中以实现多功能化。通过系统分析典型材料结构，结合作者先前的工作基础， 提出构筑该类材料的四种主要合成策略：（1）后合成修饰策略（Post-synthetic Modification） ;（2）单组分自聚策略（One-component Self-condensation）;（3）多组分共聚策略（Multi-component Copolymerization）; （4）一锅直接季铵化策略（One-pot Quaternization）。
Fig. 3 Synthetic strategies for imidazolium-functionalized organic cationic polymers. 最后， 作者总结并评价了典型咪唑阳离子型多孔有机聚合物在CO2 合成环状碳酸酯中的催化性能，提出了影响催化活性的关键因素。
综上所述， 通过在原子水平上灵活设计各种带电或中性的聚合物单体， 并将各种设计策略的优势完美地结合起来， 实现咪唑阳离子型多孔有机聚合物的可控构筑， 以达到在不需要任何助剂和溶剂的情况下将捕获的CO2转化成环状碳酸酯。如选择刚性且扭曲的结构砌块有利于提高聚合物的比表面积，以达到优化孔道结构的目的，进而增强CO2的吸附能力和反应传质效率；或在离子骨架中引入多种的催化活性基团及亲CO2位点，以实现常温常压下CO2的捕集和协同催化转化。
广东工业大学轻工化工学院为论文唯一作者单位，罗荣昌副教授为论文第一作者和通讯作者。论文其他作者还有研究生刘香英， 推免生陈敏，刘宝玉副教授和方岩雄教授（团队负责人）。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和广东工业大学青年百人计划的资助。
http://orcid.org/0000-0003-3107-6609https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202001079
目前评论：0