[00795477]二氧化碳化学转化的离子液体催化机制构建及应用

该项目的成果属于物理化学的基础研究领域。 二氧化碳(CO₂)的转化利用涉及环境污染治理和可再生能源开发两个关乎国计民生的重大问题，因此它的转化利用受到了学术界和工业界的共同关注。CO₂化学转化的难点是需要克服其自身的热力学稳定性和动力学惰性，离子液体催化剂以催化效率较高、不含金属、无需有机溶剂等独特的性能而在众多催化剂中独树一帜。然而，在离子液体催化CO₂化学转化过程中还存在构效关系不明、催化本质和反应机制不清等问题，因此限制了它的开发和应用。 针对上述问题，该项目通过构建“Double-IL”催化模型，阐明了离子液体催化CO₂化学转化反应的机制和构效关系，合成了吡唑类离子液体，并首次将它们用于催化CO₂的转化反应，具体创新点如下： (1)构建了“Double-IL”催化模型，揭示了多种离子液体或者离子液体与Lewis酸协同催化的反应机制，分析了催化剂分子间的相互作用对催化活性的影响，基于这种理论模型阐明了含有两种或者两种以上不同催化剂的复杂体系的反应机制，包括多种不同羟基季铵盐离子液体，胍盐离子液体/ZnBr₂(Lewis酸)二元催化剂以及氨基咪唑离子液体催化CO₂转化反应的催化机制。 (2)基于“Double-IL”催化模型，定量描述了氢键在离子液体催化CO₂转化利用中的作用，氢键作用可以超越静电相互作用而成为影响催化活性的主要因素，验证了静电-氢键协同催化的观点。确认了氢键在催化活性中的作用，拓展了设计高催化活性离子液体的思路。除了提高离子液体的亲电/亲核能力以外，还可以在离子液体中加入有利于形成氢键的相关基团，从而达到提升催化活性的目的。 (3)应用上述理论模型，设计并合成了咪唑类和吡唑类离子液体，并首次用吡唑类离子液体催化CO₂的转化利用反应，获得了优异的催化效果。实验结果既佐证了上述理论模型的可靠性，同时丰富了离子液体催化剂的种类。 该项目先后完成国家自然科学基金2项，河南省科技厅国际合作项目1项；发表SCI论文14篇，其中代表性论文8篇；研究成果受到了国内外同行的广泛关注和充分肯定，他引106次；基于该项目的研究成果申报国家发明专利9项，授权国家发明专利8项。