氮杂环卡宾功能化聚合物材料的设计合成及其在低浓度CO2捕集中的应用

二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。探.索高效的二氧化碳捕集技术，推动二氧化碳减排，对于实现我国社会经济可持续发展和营造.良好的国际环境具有重要意义。本研究中，"利用氮杂环卡宾能在室温和低二氧化碳浓度的温和条件下快速与二氧化碳形成稳定加合物，又能在合适的温度下快速地释放出所固定二氧化碳"等性质，设计合成氮杂环卡宾功能化的聚合物材料，旨在发展一类能在室温、低浓度下甚至在含几百ppm 二氧化碳气氛下高效快速捕集二氧化碳，且在高温下能快速释放二氧化碳的新材料。用原位红外光谱方法研究二氧化碳捕集和释放动力学。研究材料中聚合物链骨架和连接基团（如长度、柔性等）对二氧化碳捕集效率的影响，探索负载氮杂环卡宾功能基团的性质与二氧化碳捕集效率以及与其形成的二氧化碳加合物热稳定性的关联。

随着现代工业的迅速发展，CO2的排放量急剧增加，给人类生产生活造成了严重的影响。同时，CO2是碳一家族中最为廉价、无毒而又最为丰富的资源。CO2资源化利用不但可以解决温室效应引起的环境问题同时又可以解决日益严峻的能源枯竭问题。CO2热力学性质高度稳定不易活化，因此，其化学转化的关键问题就是CO2的活化问题。通过给电子试剂对CO2中心碳原子亲核进攻是活化CO2的最有效途径之一。. 本项目中，利用氮杂环卡宾负载在介孔材料上，旨在发展一类能在室温、低浓度下二氧化碳气氛下高效快速捕集二氧化碳，且在高温下能快速释放二氧化碳的新材料。用原位红外光谱方法研究二氧化碳捕集和释放动力学。考察负载化MCM-41-NHC催化体系催化CO2与环氧烷烃环加成反应及催化剂循环使用研究。并开发出有机催化剂—卡宾烯，可在低浓度条件下高活性与二氧化碳结合形成相对稳定的卡宾烯-CO2加合物。X-单晶衍射研究发现该加合物中二氧化碳的O-C-O角为127.7-129.9°，处于高度活化状态。同时发现，在端位炔醇存在下可以高效转化为功能化的五员环状碳酸酯。. 基于本课题组长期从事二氧化碳和环氧丙烷聚合反应研究，利用该反应的不朽聚合的反应机制，在碳纳米管表面首次成功的实现了表面引发二氧化碳和环氧丙烷交替共聚合，得到表面接枝聚碳酸丙烯酯的功能化多壁碳纳米管。该表面引发接枝聚合方法具有反应条件温和、简单、一步反应、绿色和无有机溶剂等优点，为其它材料表面改性提供了新的路线。本项目二氧化碳作为C1资源的化学利用，是将其转化为基础化学品或直接固定为高分子材料，为化学工业的可持续发展提供有益的探索。