铈掺杂氧化镍气凝胶催化剂：多级孔结构与氧空位协同促进CO2环加成反应高效转化

针对金属氧化物催化剂在CO2环加成反应中表面积低、酸碱位点不足的瓶颈，研究人员通过溶胶-凝胶法设计出铈掺杂氧化镍气凝胶（NCA）。该催化剂具有561 m2·g?1的比表面积和3.3 cm3·g?1的孔体积，Ni物种提供Lewis酸位点活化环氧化物，Ce诱导的氧空位形成Lewis碱位点吸附CO2。在80°C、0.1 MPa温和条件下实现>98%转化率，且耐受20 mol%水分，为工业级CO2资源化提供了新策略。

　　

全球气候变化背景下，CO₂转化技术成为研究热点。其中，CO₂与环氧化物环加成制备高附加值环状碳酸酯因反应条件温和、原子经济性高而备受关注。然而，传统金属氧化物催化剂受限于低比表面积和有限的酸碱活性位点，难以兼顾高活性与稳定性。如何通过材料设计同时实现多孔结构调控和活性位点优化，成为该领域的关键挑战。

韩国国家研究基金会支持的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表成果，提出了一种铈掺杂氧化镍气凝胶（NCA）催化剂的设计策略。研究人员采用溶胶-凝胶法结合超临界CO₂干燥技术，通过精确控制Ni:Ce摩尔比（9:1）实现金属均匀掺杂，构建出具有多级孔结构和丰富氧空位的催化体系。

关键技术方法

1. 溶胶-凝胶合成：以氯化物为前驱体，通过环氧化物辅助调控凝胶过程
2. 超临界CO₂干燥：保留材料三维网络结构，避免孔道坍塌
3. 结构表征：BET测比表面积（561 m²·g^?1），XPS确认氧空位浓度
4. 催化评价：在80°C、0.1 MPa条件下测试多种环氧化物转化效率

研究结果

Synthetic procedure and morphologies of NA, CA, and NCA
通过对比硝酸盐前驱体，发现氯化物体系更利于形成稳定凝胶。Ce的引入显著改善孔道结构，NCA的孔径分布呈现2-50 nm多级特征，为底物扩散提供理想通道。

Conclusions
NCA催化剂展现出三重优势：（1）高比表面积（561 m²·g^?1）和分级孔隙促进传质；（2）Ni²⁺作为Lewis酸位点活化环氧化物开环；（3）Ce掺杂诱导的氧空位（Vo）作为Lewis碱位点吸附/活化CO₂。这种协同作用使其在无溶剂条件下对空间位阻环氧化物（如苯基缩水甘油醚）仍保持>95%转化率。

重要意义
该研究不仅开发出性能优于文献报道的金属氧化物催化剂（TOF值提升3倍），更通过材料基因工程思路证明：通过调控金属氧化物电子结构与多孔形貌的耦合效应，可突破传统催化剂的活性瓶颈。其耐湿性（20 mol% H₂O）和5次循环稳定性为零排放化工提供了工业化可能，为CO₂资源化技术开辟了新路径。