摘要
过度排放的温室气体CO2引发了大规模的气候变化和全球变暖，因此，减少环境中的CO2是世界上最具挑战性的任务之一。另一方面，作为一种无毒、廉价且丰富的 C1 资源， CO2可以转化为甲醇、甲烷以及碳酸酯等多种高附加值的工业产品。其中将CO2和环氧化合物转化为环状碳酸酯的反应，因其 100%的原子经济性和环状碳酸酯的广泛适用性（如电解质、精细化学品和极性非质子溶剂）而极具吸引力。近年来，离子聚合物（IPs）得到了迅速发展，在吸附和转化CO2方面更有着广阔的应用前景。本论文工作围绕多功能组分离子聚合物的制备、表征及其对CO2环加成反应的催化性能开展了系列探索工作，主要内容如下： 第一部分：以具有不同官能基团的二卤化物与N-(三甲基硅基)咪唑为前体制备了三种新型的离子聚合物（IP1-IP3），并利用红外光谱、扫描电镜、能量散射X射线谱面扫等手段对其进行了全面的表征。离子聚合物IP1-IP3在无溶剂、常压CO2时在催化CO2与环氧化合物环加成反应时表现出优异的催化活性，其中以酚羟基为氢键供体的IP3具有最好的催化性能，并且具有良好的底物适用性。另外，催化剂循环测试表明，IP3在重复使用10次后，产物的产率仍保持在92%以上，体现出优异的稳定性。 第二部分：基于具有不同间隔单元的双咪唑配体（L4-L6）与 4-甲基-2,6-双氯甲基苯酚的季铵化反应制得了三种新型的离子聚合物（IP4-IP6），并利用红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱等技术对其进行了详细表征。在催化CO2环加成反应中，间隔单元为吡啶基的离子聚合物IP5表现出最优异的催化活性，说明吡啶作为路易斯碱可以通过电子给体-受体相互作用激活 CO2分子以促进反应的进行，从而提高催化效率。通过催化不同环氧化物与CO2环加成反应和催化剂循环测试，表明IP5具有良好的底物普适性和优异的循环稳定性。 第三部分：通过一锅季铵化法制备了一系列具有多功能活性位点的苯基和三嗪基离子聚合物（IP7-IP10），并采用不同的技术对三种材料进行了详细的表征。其中，含有酚 羟基氢键供体、碱性基团和卤素离子位点的离子聚合物对CO2的环加成反应具有较好的催化性能。此外，还对四种离子聚合物的反应动力学进行了研究，并提出了氢键供体和卤化物阴离子协同催化机理。并且由于离子聚合物IP8优异的稳定性、催化活性和可回收性， IPs成为用于捕获和转换CO2的高效多功能材料，因此可以进一步扩展到需要促进CO2转化吸收的广泛应用领域。
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