CO2资源化利用是降低CO2排放,实现碳中和的重要方式.其中,CO2与有机化合物耦合催化转化被认为是最有效的CO2资源化路径之一.经典的热催化耦合反应由于反应条件较为剧烈,导致能耗较高且增加了碳排放,使其应用受到限制.研究表明,使用光、电催化CO2与有机化合物耦合制备高附加值产品可直接利用清洁能源,不仅实现CO2减排,促进可持续发展,还可获得碳酸酯及羧酸等高附加值化学品,创造更多经济价值.该类催化反应通常以有机分子活化为主,CO2分子活化为辅,通过光或电活化底物分子,生成高能量的活性中间体,进而克服热力学障碍.从光、电催化的优势、反应效率和反应条件等方面综述近年来光、电催化CO2与有机化合物耦合制备碳酸酯、羧酸等研究进展,详细讨论了针对不同类型有机化合物的活化策略以及各类反应的反应机理,最后提出了该领域当前仍面临的挑战并对未来进行展望.光催化多用于CO2对C—O键、C—H键的插入,主要产物分别为酯和羧酸,反应多在常温常压下进行.其中CO2与环氧化物的环加成反应研究较多,其多相催化反应已具有理想的转化率和选择性;CO2与烃类反应对合适的底物可达到理想的羧酸产率,但需均相催化剂的催化.此外,光催化反应中普遍存在的反应速率不高、可见光不易利用等问题也亟待解决.电催化多用于CO2在阴极端对C—X键、C=C键的插入,主要产物分别为羧酸和二羧酸,反应大多在常温常压下进行.其中,C—X键的还原羧化可在电极表面或溶液中存在催化剂时高效进行,但反应常生成烷烃等副产物;C=C键的还原羧化无需催化剂,但存在单羧酸和二羧酸的竞争,当底物为共轭二烯时产物更复杂.该体系研究中多采用活泼金属作为牺牲阳极,因此除提高某一产物的选择性外,未来该类型电催化反应还应考虑阳极的高效利用.

CO2耦合;光催化反应;电催化反应;CO2环加成反应;CO2羧化

王若愚;李金昊;宁晨君;田强;赵宇飞

北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学化学学院,北京 100029;山东万新威纳材料科技有限公司,山东临沂 276000

洁净煤技术

[1]王若愚;李金昊;宁晨君;田强;赵宇飞-.光、电催化CO2耦合有机化合物催化转化研究进展)[J].洁净煤技术,2022(09):75-86

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