稀土配合物用于二氧化碳固定及转化的研究

The green and highly efficient utilization of CO2 resources will benefit for mitigate "greenhouse effect" and turn waste into treasure, which has important theoretical and practical significance. This project is mainly focused on the chemical fixation and conversion of CO2. A series of novel N-containing amide, Schiff base and carboxylic acid ligands will be designed and synthesized. We aim at construct the corresponding rare earth and transition-rare earth metal multi-nuclear complexes which could adsorb, activate CO2 and epoxy compounds by utilizing the of strong Lewis acidity of rare earth ions. What’s more, we can further study the reaction mechanism and the synergistic catalysis effect of multimetallic system and explore the structure-activity relationship which the performance of the chemical fixation and conversion system could be optimized. The present research will help us understand the catalytic mechanism of rare earth and its multi-nuclear system deeply and provide important experimental and theoretical basis for the design of high-performance CO2 chemical fixing and conversion system.

绿色、高效地开发利用CO2有利于缓解“温室效应”，变废为宝，具有重要的理论和实际意义。本项目针对CO2化学固定和转化，利用稀土离子较强的Lewis酸性及过渡-稀土金属(3d-4f)配合物的协同催化作用，设计合成新颖的含N基团的酰胺、席夫碱及羧酸类等配体，构筑相应的稀土及过渡-稀土金属多核配合物，研究其在CO2固定及转化等方面的功能，开发既可以吸附、活化CO2又能够活化环氧化合物的多功能稀土多核配合物催化材料，进一步研究反应机理及多金属体系协同催化作用，探索构效关系，优选出高性能的化学固定和转化体系。这有助于深入理解稀土及其多核体系催化机制，为性能优异的CO2化学固定和转化体系的设计提供重要的实验和理论参考。

本项目针对CO2化学固定和转化，构筑了新型稀土及过渡金属-稀土(3d-4f)多核配合物，利用稀土离子较强的Lewis酸性及3d-4f金属离子配合物的协同催化作用，研究了其在CO2固定及转化等方面的性能。项目主要研究内容包括设计合成功能配体及其新颖结构的3d-4f金属多核功能配合物，开发出既可以活化CO2又能活化环氧化合物的多功能配合物催化剂，在无助催化剂或只加少量助催化剂的条件下能够高效催化CO2固定及转化反应；通过改变第二金属，构筑了新颖的多金属仿生催化体系，实现了高效的催化CO2转化；研究了催化活性与结构之间的关系，并通过理论计算进一步揭示其反应机理，为性能优异的CO2化学固定和转化体系的设计提供了重要的实验和理论依据；优选出高性能的化学固定和转化体系，与现有的复合材料体系结合，构筑出多功能的稀土复合催化剂材料，最终实现了对CO2资源的进一步利用及转化。项目执行至今，已实现申请时的目标，项目组已经在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Science China-Materials、Journal of CO2 Utilization、Materials Chemistry Frontier、Journal of Hazardous Materials、ACS Applied Materials & Interfaces、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Sensors and Actuators: B. Chemical、Journal of Materials Chemistry B、Journal of Materials Chemistry C、Nanoscale、Analytical Chemistry、Inorganic Chemistry Frontiers、Inorganic Chemistry、Chemistry-A European Journal等刊物上发表 SCI 收录论文共53篇，其中一区论文20篇；项目组成员共参加学术会议7场；项目共培养博士研究生18人，硕士研究生22人。