离子液体助力 N,P - 钌编织芳香聚合物催化二氧化碳和氢气实现吗啉 N - 甲酰化：高效绿色转化新突破

随着 CO2浓度增加引发环境问题，且传统合成甲酰胺方法存在缺陷，研究人员开展了以 N,P - 钌编织芳香聚合物（KAPs-N/Ru/P）为催化剂、离子液体辅助的吗啉与 CO2和 H2的 N - 甲酰化反应研究。结果表明该反应产率高、选择性好，TON 达 4711，为绿色 CCU 技术提供新途径。

　　在当今的地球环境中，二氧化碳（CO₂）这个 “麻烦制造者” 的浓度不断攀升，给全球气候带来了诸多挑战，引发了一系列环境问题。与此同时，化工生产领域也面临着难题，甲酰胺作为重要的工业化学品，当前其主要生产方式以一氧化碳（CO）为碳源，然而 CO 不仅有毒，还存在易燃易爆的风险，这使得探索更清洁、更具成本效益的甲酰胺合成路线成为当务之急。另外，以 CO₂为碳源合成甲酰胺时，传统使用的还原剂会产生大量化学计量的废弃化合物，不符合绿色化学的理念。在这样的背景下，利用 CO₂和氢气（H₂）实现胺的 N - 甲酰化反应，成为了开发绿色碳捕获与利用（CCU）技术的一条极具前景的道路。

为了解决上述难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们致力于开发一种高效的方法，利用 N,P - 钌编织芳香聚合物（KAPs-N/Ru/P）催化剂，在离子液体的辅助下，实现 CO₂捕获和吗啉甲酰化反应。最终，研究取得了令人瞩目的成果，该反应能够在相对温和的条件下，以良好的产率和高选择性生成相应的 N - 甲酰吗啉。在吗啉与 CO₂和 H₂的甲酰化反应中，转化数（TON）高达 4711，这一数据在已报道的非均相钌基催化剂中处于领先地位。这一研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上，为绿色化学和化工生产提供了新的思路和方法，对推动 CCU 技术的发展具有重要意义。

研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。首先，通过 Friedel–Crafts 编织法制备了 KAPs-N 网络，具体过程是使 2,2′- 联吡啶（BPY）配体与苯在交联剂（FDA）的作用下发生聚合反应。之后，在有或没有三苯基膦（PPh₃）配体的情况下负载 RuCl₃，从而得到不同的催化剂。同时，运用热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X 射线光电子能谱（XPS）等技术对催化剂的结构进行表征分析 。

制备催化剂

研究人员将无水 FeCl₃（9 mmol）加入到含有苯（1 mmol）、2,2′- 联吡啶（1 mmol）和甲醛二甲缩醛（FDA，6 mmol）的 1,2 - 二氯乙烷（DCE，10 mL）溶液中。混合物先在 45℃搅拌 6 小时，形成初始网络，接着在 80℃加热 48 小时使其完全反应。随后，过滤得到固体 KAPs-N，用甲醇洗涤三次（每次 20 mL），再在索氏提取器中于 80℃用甲醇洗涤 48 小时。基于上述湿润的 KAPs-N，加入 RuCl₃（0.25 mmol）进行后续反应，从而制备出不同类型的催化剂。

表征催化剂

通过特定的合成步骤得到 KAPs-N/Ru/P 催化剂。KAPs-N 网络是由 BPY 配体和苯通过 Friedel–Crafts 编织法聚合形成的，之后负载 RuCl₃，根据是否添加 PPh₃配体得到 KAPs-N/Ru 或 KAPs-N/Ru/P。利用 TGA、FT-IR、XPS 等技术对这些催化剂的结构进行表征，从而深入了解催化剂的性质，为后续研究其催化性能提供依据。

综合整个研究，研究人员成功开发了一种高效的 CO₂捕获和吗啉甲酰化集成工艺。在温和的反应条件下，使用 KAPs-N/Ru/P 催化剂和离子液体体系，能够以较高的产率和选择性制备 N - 甲酰吗啉。与已报道的均相和非均相钌基催化剂相比，该研究中的催化剂展现出了极高的活性，在单批次操作中，TON 达到 4711 。这一研究成果不仅为 CO₂的资源化利用提供了新的途径，而且在绿色化学和化工生产领域具有广阔的应用前景，有望推动相关行业朝着更加环保、高效的方向发展。同时，研究中对催化剂的设计和制备方法，以及对其结构和性能的深入研究，也为后续开发更多高效的催化剂提供了宝贵的经验和参考。未来，随着研究的进一步深入，相信在这一领域还会取得更多突破性的成果，为解决全球环境和能源问题做出更大的贡献。