氮富集有机聚合物CMBr-OP催化CO2与环氧化物环加成反应：一种绿色高效的碳利用策略

为应对化石燃料消耗导致的大气CO2激增问题，研究人员开发了无金属氮富集有机聚合物CMBr-OP，通过一步聚合氰尿酰氯和三聚氰胺并溴乙酸功能化，构建了含三嗪单元和溴活性位点的多孔催化剂。该催化剂在温和条件（110°C，1 MPa）下实现99.6%的氯丙烯碳酸酯产率，兼具广谱底物适应性和5次循环稳定性，为CO2资源化提供了绿色解决方案。

　　

随着全球年均CO₂浓度突破420 ppm，如何将这种温室气体转化为高附加值化学品成为科研热点。传统金属催化剂虽能催化CO₂与环氧化物的环加成反应，但存在重金属污染、苛刻反应条件等问题。更棘手的是，多数催化体系需要添加助催化剂或有机溶剂，这与绿色化学原则背道而驰。

针对这一挑战，国内某研究机构的研究人员设计出一种革命性的无金属氮富集有机聚合物CMBr-OP。这种材料通过氰尿酰氯与三聚氰胺的一步聚合，再经溴乙酸修饰，巧妙整合了富氮三嗪单元和溴活性位点的协同效应。研究发现，该催化剂在110°C、1 MPa CO₂的温和条件下，仅需6小时就能以99.6%的收率将环氧氯丙烷转化为氯丙烯碳酸酯，且完全无需助催化剂或溶剂辅助。相关成果发表在《Reactive and Functional Polymers》上，为碳减排提供了新思路。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认溴乙酸的成功嫁接，X射线光电子能谱（XPS）揭示N/Br活性位点的电子结构，扫描电镜（SEM）和比表面积测试（BET）显示材料具有分级多孔结构和112 m²/g的高比表面积。密度泛函理论（DFT）计算阐明了氢键供体、氮位点和溴离子的协同活化机制。

催化剂表征与性能
通过FTIR在1710 cm^-1处观察到C=O特征峰，证实羧基功能化；XPS显示N 1s谱中398.5 eV的峰对应三嗪环氮原子。BET测试显示材料具有0.38 cm³/g的孔容积，SEM图像呈现三维交联网络结构，这些特性共同促进底物扩散和活性位点暴露。

底物普适性研究
CMBr-OP对12种环氧化物表现出优异催化活性，包括苯基缩水甘油醚（96.2%收率）和环氧环己烷（94.8%收率）。空间位阻效应分析表明，烷基取代基体积增大时，收率仅下降3-5%，证明其强大的空间适应性。

机理研究
DFT计算显示，溴离子进攻环氧化物形成氧鎓中间体的能垒为42.3 kJ/mol，同时三嗪氮原子通过氢键稳定过渡态。CO₂插入步骤的活化能低至18.7 kJ/mol，远低于传统催化体系。

该研究不仅开发出性能超越金属催化剂的有机高分子材料，更通过详尽的机理研究揭示了多活性位点协同作用规律。CMBr-OP的克级制备成本仅需23美元，且反应后只需简单过滤即可重复使用，第五次循环时活性仍保持初始值的98.4%。这种"设计-合成-应用"的全链条研究模式，为发展符合原子经济性的CO₂固定技术提供了范式，对实现碳中和目标具有重要战略意义。