摘要
近几十年来，生产生活中大量排放的二氧化碳（CO2）导致大气中的CO2浓度持续增加，而CO2作为最主要的温室气体，过量的排放对气候和环境造成了严重影响。为了改善这种状况，我国自2020年起承诺“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”。为了实现这一目标，在经济和可持续的条件下利用CO2是我们主要采取的措施之一。从CO2利用和能源管理的角度来看，将CO2转化为特定的化学物质或燃料，可以促进可持续碳循环和减轻温室效应。其中，CO2与环氧化物的环加成反应生成环状碳酸酯被认为是具有吸引力和非常有前景的CO2利用方法。配位聚合物（CPs）因为其可调的粒径、多功能性和高表面积在气体吸附、药物输送、传感、催化等领域具有广阔的应用前景。尤其是多孔配位聚合物又称为金属有机骨架（MOFs），它是一类孔径可调、表面积大、催化活性位点高度分散的多孔材料。它的结构特性为二氧化碳转化提供了一个平台。 为了实现这一目标，CPs作为催化剂在CO2与环氧化物的环加成反应中得到了广泛研究和应用。因此，CPs被用作CO2与环氧化物的环加成反应的非均相催化剂。基于以上思路，本论文通过溶剂热法和回流法设计合成了三种CPs,分析不同的CPs作为非均相催化剂时的应用潜力，特别是在CO2与环氧化物的环加成反应中的催化性能。 （1）以4,5-二（1氢-四氮唑-5烷基）-2氢-1,2,3-三氮唑为配体和硝酸锌通过回流法合成了化合物1-[ZnL1]·DMA,对其性质进行基本表征。此外，我们详细研究了化合物1作为非均相催化剂在环氧化物与CO2的环加成反应中的催化活性，并且讨论了催化剂类型及用量、温度、时间等反应条件对环加成反应的影响，并最终确定了最佳的反应条件。化合物1表现出高效的催化活性，还具有优异的可循环性能和广泛的适用性。 （2）在化合物1的基础上，改变配体，以2,5-噻吩二羧酸和三氮唑为有机配体通过溶剂热法成功合成了化合物2-[Zn5（L2）2（C2H2N3）4]·（HCOO）2·（DMF）4·（H2O）s,并对其进行结构和组成的表征。另外，研究了化合物2作为非均相催化剂参与CO2和环氧化物的环加成反应的催化效率，并对影响反应的一些条件进行了试验，例如催化剂种类及用量、温度、时间等，经过实验得到最佳的反应条件。在最佳反应条件下评估了化合物2的可回收性、对不同底物的催化活性，并基于实验结果推测了可能的催化机理。 （3）使用乙酸铜、氢氧化钠和4''-[（2-羧基苯氧基）甲基]-（1，1''-联苯）-2-羧酸通过溶剂热法合成了化合物3-[Cu2Na4（L3)4]·DMF,并对其进行了基本表征。此外，我们还详细探讨了化合物3催化环氧化物与CO2的环加成反应的催化活性，并系统研究了催化剂种类及用量、温度、时间等对催化过程的影响。在最佳反应条件的基础上评估了化合物3的重复利用能力、对不同底物的催化特性，并根据试验数据提出了可能催化机理。 本工作深入探究三种化合物作为新型非均相催化剂在CO2的环加成反应的催化性能。实验结果展现出三种化合物具有良好的催化性能和应用前景。它们的开发和应用为减少温室气体排放、实现碳资源的可持续利用以及达到碳中和目标提供了新的思路和想法。进一步的研究和优化将会为催化剂领域的发展提供理论基础和实验依据。
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