自催化无溶剂条件下三嗪基共价有机框架高效催化CO2与环氧化物的环加成反应

针对CO2环加成反应中传统多相催化剂稳定性差、需添加助催化剂的问题，研究人员开发了基于三嗪的共价有机框架（PC-COF）材料。该催化剂在无溶剂条件下通过产物-催化剂协同自催化机制，实现环氧化物的98.7%转化率和97.6%选择性，且循环稳定性优异，为绿色化学提供了新策略。

　　

随着全球变暖加剧，CO₂的资源化利用成为研究热点。其中，CO₂与环氧化物的环加成反应（cycloaddition）因其原子经济性备受关注，但现有催化剂如金属有机框架（MOF）存在稳定性差、需添加均相助催化剂等问题。共价有机框架（COF）因其强共价键和可调结构被视为理想替代品，然而其缺乏Lewis酸性位点常导致活性不足。

南京工业大学的研究团队通过溶剂热法合成了一系列三嗪基PC-COF材料，首次实现了无溶剂、无助催化条件下的高效CO₂环加成。研究发现，反应中生成的碳酸酯产物会吸附在PC-COF的Lewis碱性位点上，形成Lewis酸性位点，与框架自身碱性位点构成协同自催化系统。这种独特的机制使催化剂PC-COF-50-30在优化条件下取得98.7%的环氧氯丙烷（ECH）转化率和97.6%的选择性，CO₂转化速率达9.0 g_CO2?(g cat)^–1?h^–1。更引人注目的是，经过5次循环后催化活性提升35%，且能稳定循环7次以上。

研究采用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）验证材料结构，通过控制合成温度（x）和时间（y）优化结晶度。对比实验显示，PC-COF对多种环氧化物底物均具普适性，且循环后催化剂活性提升15-22%。表面氧含量分析证实，吸附的碳酸酯产物是形成自催化系统的关键。

该研究突破性地揭示了产物诱导的自催化机制，不仅解决了传统催化剂稳定性与活性难以兼顾的难题，还简化了下游分离流程。其提出的"无溶剂-无助催化剂"绿色催化模式，为CO₂高值化利用提供了新范式，相关成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》。研究团队特别指出，这种策略可推广至其他COF基催化体系，对实现碳中和目标具有重要实践意义。