二氧化碳(CO2)是化石燃料燃烧的主要产物，其过度排放是全球气候变暖的主要原因。同时，CO2做为一种廉价、无毒、可再生和容易获得的碳源，如何将其捕获及催化转化为有附加值的化学品引起了人们的极大兴趣。而将CO2与环氧化合物催化转化成环状碳酸酯被认为是一种高效、经济及环境友好的方法。在这个反应中，环氧化合物开环是反应的速率决定步骤，为了实现环氧化合物活化以及随后的CO2环酯化，科研工作者付出了巨大的努力，设计合成了各种不同结构和性能的催化剂。其中，含氢键供体(羟基、氨基和羧基等)和亲核基团(卤素阴离子等)的聚合物被认为是最有发展潜力的异相催化剂，它们可以在CO2环加成反应中起到协同催化的作用。但是，大多数异相催化体系的孔隙率有限，不利于底物与催化活性中心的接触，导致了较低的活性。

基于此，开发新型双组分多孔异相催化剂用于CO2吸附、活化及随后的环酯化成为了研究热点。共价有机骨架材料(COFs)的模块化合成策略可以将亲CO2组分均匀的构筑到COFs骨架中，促进CO2吸附、富集及催化转化。作为一种替代方法，可以利用COFs高的比表面积和孔隙率将咪唑盐离子液体或其聚合物(ImIP)整合到COFs孔道中形成多相复合材料，通过双组分的协同作用提高CO2环加成反应的催化活性。

根据以上策略，闽江学院洒荣建教授与中科院福建物构所王瑞虎团队合作，报道了一种富氮共价有机骨架(TT-COF)和咪唑盐离子聚合物(ImIP)的主客体催化体系(ImIP@TT-COF)，它们分别作为氢键给体和亲核剂，协同促进环氧化物的活化及随后的CO2环加成反应。这些组分分别表现出纳米片和纳米线的形态，有助于催化活性位点的可用性。所制备的主客体复合材料表现出较好的CO2吸附能力，CO2对N2的吸附选择性较高。在CO2与环氧化合物的环加成反应中取得了优异的催化活性和优异的循环再用性。该主-客体异相催化体系的活性明显优于单组份的TT-COF、ImIP及其物理混合物。此外，ImIP@TT-COF对CO2的高选择性吸附，使得该催化体系对模拟烟道气的环加成反应也有很好的效果。这项工作为CO2催化转化为高附加值化学品的无金属催化体系开发提供了一个新的机遇。

论文信息：

Carbon Dioxide Conversion Upgraded by Host‐guest Cooperation between Nitrogen‐Rich Covalent Organic Framework and Imidazolium‐Based Ionic Polymer

文章第一作者为钟鸿助理研究员。

ChemSusChem  

DOI: 10.1002/cssc.202001658