将二氧化碳转化为有价值的化学品可有效减少二氧化碳排放。之前研究人员提出了增值策略并开发了高效催化剂来解决与二氧化碳转化相关的热力学稳定性和动力学惰性问题。早些时候，开发了分子捕获试剂和催化剂来整合二氧化碳捕获和转化，即原位转化。

基于对分子水平上CO₂捕获、活化和转化的机理理解，南开大学何良年，Hong-Ru Li着手开发多相催化剂，通过将活性分子催化剂固定在纳米材料上，将催化单元纳入纳米材料中，并设计具有固有催化位点的纳米材料。

文章要点

1）在热催化CO₂转化中，开发了基于碳质和金属有机骨架(MOF)的催化剂，用于非还原性和还原性CO₂转化。制备了新型Cu基、Zn基MOF和碳负载Cu催化剂，并成功应用于与CO₂的环加成、羧化和羧基环化反应，生成环状碳酸酯、羧酸和恶唑烷酮作为各自的目标产物。CO₂的还原转化，特别是CO₂的还原官能化，是生产有价值化学品的一种有前途的转化策略，可以减轻对石油化学的依赖。

2）研究人员探索了使用有机催化剂的二氧化碳的分级还原功能化，并提出了调节二氧化碳还原水平的策略，引发了多相催化剂的研究。在纳米材料中引入多个活性位点为开发新型二氧化碳转化策略提供了可能性。采用氮掺杂碳负载锌配合物和MOF材料作为CO₂吸附剂和催化剂，实现了CO₂捕获和原位转化。这些基于纳米材料的催化剂具有高稳定性和优异的效率，并且由于其独特的孔结构在某些情况下可用作择形催化剂。

3）基于纳米材料的催化剂也是光催化二氧化碳还原（PCO₂RR）和电催化二氧化碳还原（ECO₂RR）的有吸引力的候选者，因此通过将活性金属配合物纳入不同的基质（例如多孔有机聚合物（POP））中开发了一系列混合光/电催化剂、金属有机层(MOL)、胶束和导电聚合物。通过将Re-联吡啶和Fe-卟啉配合物引入POPs并调节聚合物链的结构，提高了PCO₂RR催化剂的稳定性和效率。

4）通过设计含Re-联吡啶的两亲性聚合物在水溶液中形成胶束并充当纳米反应器，实现了水溶液中的PCO₂RR。研究人员制备了具有两个不同金属中心（即Ni-联吡啶位点和Ni-O节点）的MOL，以通过这些金属中心的协同效应提高PCO₂RR的效率。制备了磺基苯氧基修饰的钴酞菁（CoPc）交联聚吡咯并用作阴极，利用聚吡咯的CO₂吸附能力实现了稀释CO₂的电催化转化。此外，制备了固定化4-(叔丁基)-苯氧基钴酞菁和Bi-MOF作为阴极，促进CO₂和5-羟甲基糠醛(HMF)的配对电解，并有效地获得CO₂还原产物和2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。

参考文献

Li-Qi Qiu, et al, Incorporating Catalytic Units into Nanomaterials: Rational Design of Multipurpose Catalysts for CO2 Valorization, Acc. Chem. Res., 2023

DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00316

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00316