双金属Fe─Cu/SBA-15催化剂高效催化CO2与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的研究

为解决CO2转化利用效率低和传统催化剂活性不足的问题，研究人员开展双金属Fe─Cu/SBA-15催化剂合成碳酸丙烯酯的研究，结果表明该催化剂显著提升反应效率和选择性，对可持续化学和碳减排具有重要意义。

　　

在全球气候变化和碳排放问题日益严峻的背景下，如何高效利用二氧化碳（CO₂）成为化学合成领域的重要挑战。碳酸丙烯酯（Propylene Carbonate）作为一种高附加值化学品，广泛应用于聚合物工业、锂电池电解液和绿色溶剂中。传统合成方法通常依赖光气或环氧丙烷（Propylene Oxide）均相催化，存在环境污染、催化剂回收困难以及反应条件苛刻等问题。因此，开发高效、环保的多相催化剂以实现CO₂与环氧丙烷的环加成反应，已成为可持续化学合成的研究热点。

为了应对这一挑战，研究人员致力于设计新型双金属催化剂，以提升反应活性和选择性。本文报道了由Honghua Zhang、Yujun Qiao、Haile Chen和Yinliang Bai团队开展的研究，他们开发了一种基于介孔材料SBA-15负载的铁-铜双金属催化剂（Fe─Cu/SBA‐15），用于高效催化CO₂和环氧丙烷合成碳酸丙烯酯。该研究不仅解决了传统催化剂活性低、稳定性差的问题，还为CO₂的资源化利用提供了新策略。论文发表在《Asian Journal of Organic Chemistry》上，突出了该催化剂在绿色合成中的潜力。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：首先，通过浸渍法合成了双金属Fe─Cu/SBA-15催化剂，并利用X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附技术表征其结构；其次，使用原位红外光谱（in situ IR）和理论计算（如密度泛函理论DFT）分析反应机理；最后，通过批量反应实验评估催化性能，包括转化率、选择性和稳定性测试。所有实验均在新加坡国立大学的实验室完成，确保了数据的可靠性。

研究结果部分包括以下几个小标题：

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  催化剂结构与表征：通过XRD和BET分析证实，Fe─Cu/SBA‐15具有高比表面积和有序介孔结构，金属颗粒均匀分散，提供了丰富的活性位点。

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  催化性能评估：反应实验显示，该催化剂在温和条件下（如80°C和2 MPa CO₂压力）实现了环氧丙烷的高转化率（>90%）和碳酸丙烯酯的高选择性（>95%），远超单金属催化剂。

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  机理研究：结合DFT计算和原位IR光谱，研究人员发现双金属位点（Fe─Cu）协同促进CO₂和环氧丙烷的活化，通过氢键相互作用降低过渡态能量，加速环加成过程。

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  稳定性与可重复性：催化剂在多次循环使用后仍保持高活性，结构未发生明显变化，表明其具有良好的工业应用前景。

研究结论部分强调，Fe─Cu/SBA‐15催化剂不仅高效促进了CO₂转化，还拓展了双金属催化在可持续合成中的应用。该工作通过实验与理论结合，揭示了非共价相互作用和金属协同效应对反应的关键影响，为设计多功能催化剂提供了新思路。此外，这项研究有助于推动CO₂资源化利用和绿色化学发展，对减少碳排放和开发可持续材料具有重要意义。讨论部分指出，未来研究可进一步优化催化剂设计，并探索其在工业规模中的应用潜力。