综述：CO2与环氧化物环加成合成环状碳酸酯的研究进展、挑战与展望

这篇综述系统阐述了CO2与环氧化物通过环加成反应合成环状碳酸酯的最新研究进展，重点分析了三种反应机制（环氧化物活化、CO2活化和双活化机制），对比评述了均相催化剂（如离子液体ILs、金属-Salen配合物）与多相催化剂（如MOFs、ZIFs、POPs）的优劣，探讨了反应器设计（微反应器、连续流系统）对反应效率的影响，并提出了开发兼具CO2选择性吸附与催化转化功能的下一代材料的迫切需求。

　　

引言

全球正面临由CO₂排放激增和化石资源枯竭引发的双重危机。化学转化CO₂为高附加值产品成为解决环境与能源问题的关键策略，其中CO₂与环氧化物环加成合成环状碳酸酯因其原子经济性和温和反应条件脱颖而出。这类产物在锂离子电池电解质、生物活性分子合成等领域具有重要应用价值。

反应机制

环氧化物活化机制：Lewis酸位点（如金属或氢键供体HBD）激活环氧化物氧原子，随后卤素阴离子（X^-）亲核进攻β-C原子开环。该机制常见于离子液体催化体系，其阴离子亲核能力与离去能力的平衡至关重要。

CO₂活化机制：通过光/电激发产生•CO₂^-自由基，攻击环氧化物形成开环中间体。该机制多见于金属氧化物催化体系，但反应速率通常较低。

双活化机制：同时激活CO₂（通过Lewis酸碱对FLPs）和环氧化物（通过金属酸位点），显著降低反应能垒。例如，MIL-101(Cr)中引入的FLPs结构可实现室温常压下高效催化。

催化剂进展

均相催化剂：

• 离子液体：如[BMIM][PF₆]通过阴阳离子协同作用实现高效催化，但存在粘度高、回收难的问题。
• 金属-Salen配合物：Cr(III)-Salen在温和条件下TOF可达14800 h^-1，但金属毒性限制其应用。

多相催化剂：

• MOFs：UiO-67-B通过硼掺杂增强CO₂吸附与光响应，Zr⁴⁺位点与配体电荷转移协同提升活性。
• ZIFs：高熵HE-ZIF整合五种金属离子（Zn^II/Co^II等），酸位点密度提升催化效率。
• 多孔有机聚合物：超薄钴卟啉聚合物纳米片通过单原子Co位点电子缺陷结构激活环氧化物。
• 聚离子液体：羟基胺基PILs通过“弹簧加载”机制调控阴离子亲核性，实现无溶剂条件下>99%收率。

反应器技术

微反应器：TOF达14000 h^-1，比传统釜式反应器提升200倍，其高比表面积显著强化传质传热。连续流系统：如“管中管”设计通过半透膜实现CO₂可控渗透，45分钟内完成环氧化物转化。

挑战与展望

当前瓶颈包括：多相催化剂活性与稳定性不足、工业化放大困难、绿色合成工艺缺失。未来应聚焦：

1. 设计FLPs/FIPs结构催化剂，协同优化酸-碱位点与离子对相互作用；
2. 开发常温常压高效体系，如光驱动ZnIn₂S₄催化剂；
3. 构建全生命周期绿色工艺，避免有毒原料（如含卤素助催化剂）的使用。

该领域需加强“实验室-产业”协同创新，推动CO₂转化技术从基础研究走向实际应用。