绿色催化三元低共熔溶剂高效转化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯

为解决CO2转化过程中高能耗、金属催化剂毒性及反应条件苛刻等问题，伊朗设拉子大学团队开发了一种基于离子液体、硼酸和乙二醇的三元低共熔溶剂（DES），在温和条件下实现环状碳酸酯100%收率，兼具高效催化与绿色可循环特性，为碳减排提供可持续解决方案。

　　

全球气候变化背景下，二氧化碳（CO₂）作为主要温室气体，其捕获与资源化利用成为科学界焦点。尽管CO₂储量丰富且无毒，但其化学惰性导致转化过程需高压、高温或贵金属催化剂，传统方法存在能耗高、毒性残留等问题。环状碳酸酯作为锂离子电池电解质和医药中间体等高值化学品，其合成通常依赖剧毒光气或复杂工艺。近年来，低共熔溶剂（DES）因其可设计性强、环境友好等优势成为替代方案，但二元DES仍面临反应效率不足、需添加有毒咪唑衍生物等瓶颈。

设拉子大学化学系团队在《Fuel》发表研究，通过创新性构建由离子液体（IL）、硼酸（BA）和乙二醇（EG）组成的三元DES体系，在无金属、温和条件下实现CO₂与环氧化物高效环加成。研究采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR）、热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）表征溶剂结构，证实组分间强氢键网络的形成是催化活性提升的关键。通过优化催化剂摩尔比（1:2:4）、温度（80℃）和时间（4小时），体系对苯乙烯环氧化物的转化率达100%，且催化剂可循环使用5次以上无显著失活。

主要技术方法
研究通过溶剂-free法合成三元DES，利用FT-IR追踪特征峰位移（如BA的B-O键振动从1426 cm^?1移至1326 cm^?1），NMR分析氢键相互作用，TGA/DSC评估热稳定性（分解温度>150℃）。催化反应在高压釜中进行，气相色谱监测产物收率。

研究结果

1. 材料表征：DES组分间O-H···B氢键的形成使EG的–CH₂–弯曲振动峰红移50 cm^?1，BA的O-H键振动峰消失，证实电子云重排。
2. 条件优化：80℃时DES黏度降低促进传质，4小时反应即可完成，优于文献报道的ZnBr₂/[Bmim]Br体系（需8 bar压力）。
3. 底物拓展：体系对环氧氯丙烷、环氧丙烷等均表现出>90%收率，证明普适性。
4. 机理分析：BA的Lewis酸性活化环氧键，EG的羟基协助CO₂插入，IL提供亲核位点，三者协同降低能垒。

结论与意义
该工作首次报道了无金属、无咪唑的三元DES催化体系，其“一锅法”合成、温和反应条件和超高效率（TOF值达25 h^?1）突破了传统工艺限制。通过氢键调控策略，DES同时作为溶剂和催化剂，避免了有机溶剂使用和重金属污染。研究为CO₂高值化提供了工业化潜力路径，推动绿色化学在环状碳酸酯合成领域的应用。团队建议未来研究可探索DES组分比例与底物电子效应的构效关系，进一步拓展生物基环氧化物的适用性。