胡興邦、吳有庭團隊在CO2分離和利用方向研究新進展
二氧化碳（CO2）是主要溫室氣體之一，如何對其進行高效分離及合理利用具有重要的理論和現(xiàn)實意義?；瘜W(xué)化工學(xué)院吳有庭教授和胡興邦副教授一直致力于酸性氣體（CO2, SO2、H2S等）的分離和利用。在建立高效分離方法的基礎(chǔ)上（AIChE J. 2018, 64, 209-219; AIChE J. 2016, 62, 4480-4490），最近他們在CO2加氫制甲酸方向取得了新進展（Nature Catal. 2018, 1, 743-747; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201809634R2）。
CO2加氫是一條制備大宗化工原料甲酸的綠色環(huán)保路線。由于此方法需同時活化惰性的H2和CO2，其在催化領(lǐng)域一直是一個富有挑戰(zhàn)的課題。目前，比較成熟的方法是使用基于貴金屬（M=Ru、Rh、Ir、Re等）的化合物為催化劑，通過活化H2形成M-H活性中間體，然后CO2插入M-H得到甲酸或甲酸鹽。相比之下，廉價的過渡金屬作催化劑的例子不多，且催化活性相對較低。課題組與UCSD的Guy Bertrand教授合作，開發(fā)了卡賓銅/B(C6F5)3-DBU協(xié)同催化體系（圖1），其中卡賓銅能有效活化CO2，而B(C6F5)3-DBU能高效活化H2，反應(yīng)最高獲得了1881的TON值，研究結(jié)果發(fā)表于Nature Catal. 2018, 1, 743-747，論文發(fā)表后獲得了同一期題名為“Harmonious hydrogenation catalysts”的文章專欄報道（Nature Catal. 2018, 1, 739-740）。
圖1. 卡賓銅/B(C6F5)3-DBU協(xié)同催化CO2加氫。
更進一步，通過無過渡金屬的化合物催化CO2加氫是更富挑戰(zhàn)且尚未能實現(xiàn)的課題。盡管被廣泛關(guān)注的受阻路易斯酸堿對(FLPs)已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的H2活化能力，但受限于現(xiàn)有FLPs的活性及穩(wěn)定性，其對CO2加氫仍然只能在當(dāng)量反應(yīng)的水平下實現(xiàn)。胡興邦副教授和吳有庭教授課題組利用Lewis酸B(C6F5)3與碳酸鹽組成的Lewis酸/堿加合物作為CO2加氫反應(yīng)的催化劑，以此發(fā)展了一種無過渡金屬參與的CO2加氫反應(yīng)方法（圖2）。催化實驗表明Lewis酸/堿對復(fù)合物能夠作為有效的CO2加氫催化劑，反應(yīng)的TON值可達3941。值得一提的是，該發(fā)現(xiàn)是首例應(yīng)用Lewis酸/堿對復(fù)合物催化CO2加氫反應(yīng)，整個過程沒有過渡金屬的參與。該研究豐富了Lewis酸/堿對復(fù)合物在催化領(lǐng)域的應(yīng)用，也為無過渡金屬參與的CO2催化加氫反應(yīng)與提供了新的策略，研究結(jié)果在線發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. 2018 DOI: 10.1002/anie.201809634R2，并被編輯選為"Hot Paper"。
圖2. Lewis酸/堿對復(fù)合物催化CO2加氫。
以上Nature Catal.論文共同第一作者為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的博士生趙天翔，胡興邦副教授和UCSD的Guy Bertrand教授為共同通訊作者。Angew. Chem. Int. Ed.論文第一作者為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的博士生趙天翔，胡興邦副教授和吳有庭教授為共同通訊作者，張志炳教授對論文提供了寶貴建議和支持。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金以及南京大學(xué)雙一流學(xué)科建設(shè)經(jīng)費的支持。
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