钴功能化氯甲基聚苯乙烯催化CO2与环氧化物环加成反应：绿色合成环状碳酸酯的高效策略

研究人员针对CO2转化难题，设计了一种新型钴功能化氯甲基聚苯乙烯催化剂（CMPS-IN-Co-Br），通过Lewis酸（Co2+）和Lewis碱（Br–）协同作用，在无溶剂、无助催化剂条件下实现环氧化物与CO2的高效环加成（2小时转化率100%），为绿色化学工业提供了可回收的解决方案。

　　

随着全球碳排放问题日益严峻，如何将温室气体CO₂转化为高附加值化学品成为科学界的研究热点。环状碳酸酯作为重要的化工中间体，在锂电池电解液、可降解塑料等领域具有广泛应用，但其传统合成往往需要高压、高温条件及贵金属催化剂。针对这一挑战，伊朗国家科学基金会（INSF）支持的研究团队开发了一种基于氯甲基聚苯乙烯（CMPS）的新型非均相催化剂，通过巧妙的结构设计实现了CO₂与环氧化物的高效转化。

研究人员采用三步法构建催化剂：首先利用异烟酸（IN）对CMPS进行功能化，通过氮原子亲核攻击-CH₂Cl位点引入羧基；随后通过羧基与Co²⁺配位固定金属中心；最终用Br^–离子交换Cl^–形成具有双功能活性位点的CMPS-IN-Co-Br催化剂。该设计兼具Lewis酸（Co²⁺活化环氧化物）和Lewis碱（Br^–促进亲核进攻）特性，无需额外添加助催化剂。

关键实验技术

研究通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）等技术确认催化剂结构；采用气相色谱（GC）监测反应进程；在高压反应釜中考察不同环氧化物（环氧氯丙烷、环氧丙烷等）与CO₂的环加成性能。

研究结果

1. 催化剂表征：FT-IR证实异烟酸成功接枝到CMPS骨架，XPS显示Co²⁺以四配位形式存在，Br^–成功取代Cl^–。

2. 催化性能：环氧氯丙烷在2小时内实现100%转化，无溶剂条件下TOF值达83 h^–1；对空间位阻较大的环氧环辛烷仍保持62%转化率。

3. 底物普适性：苯乙烯氧化物和环氧丙烷需延长反应时间（4小时）实现完全转化，环氧溴丙烷转化率达91%。

结论与意义

该研究通过聚合物载体固定化策略，开发出可回收的双功能催化剂CMPS-IN-Co-Br，其优势体现在：（1）突破传统均相催化剂难以回收的瓶颈；（2）在温和条件下实现CO₂高效固定；（3）无需添加TBAB等助催化剂降低成本。这项工作为发展绿色碳循环技术提供了新思路，相关成果发表在《Journal of Environmental Sciences》上，对推动碳中和目标下的化工产业升级具有重要参考价值。