Ru基催化剂催化CO2胺甲基化的理论基础

The controllable activation and application of CO2 as a building block is one of the great challenge in catalysis. In this project, we will concentrate on mechanisms for selective methylation of amine by CO2 and related processes such as carboxylation of C-X bonds. We will perform density functional calculations to explore the mechanisms of CO2 activation and selective transformation by homogeneous Ru(II) catalysts and heterogeneous atomically dispersed Ru catalysts as well. Much attention would be paid on the influences of valence, electronic structure and coordination environment of Ru center and surrounding acid sites. By comparing homogeneous and heterogeneous systems, we will elucidate the control factors of C=O bond breaking, C-N and C-H bond forming, and provide the scientific backbone for the design of novel Ru based catalysts.

以CO2作为结构单元的可控活化和应用是催化中的重要挑战。在本项目中将着重考察CO2胺甲基化的机理及相关催化过程，如羧基化反应。我们将应用以密度泛函理论为主的计算方法，关联均相Ru(II)催化和多相单原子Ru催化的CO2活化和转化过程，认识Ru的价态、电子结构、配位环境、邻近酸位等对CO2选择加氢过程的影响，从原子、分子层次上揭示C=O键断裂，C-N、C-H键形成的调控机制，为均、多相Ru基催化剂的分子设计提供理论支撑。

以CO2作为结构单元的可控活化和应用是催化中的重要挑战。在本项目中着重考察了CO2胺甲基化的机理及相关催化过程，如羧基化过程。我们采用密度泛函理论为主的计算方法，关联不同催化体系Ru(II)催化和Ag(I)催化下的CO2活化和转化过程，认识不同催化剂的电子结构、配位环境、溶剂化效应等对CO2插入和选择加氢过程的影响，为CO2活化和转化催化剂的分子设计提供理论支撑。同时，系统研究了均多相Ru基催化剂（RuO2、RuPc）以及其他过渡金属（Ag(I)、Cu、Fe(II)）催化剂对各类电池体系中小分子氧化还原的调控机制。从分子层次上认识上述催化剂对中间物种(Li2Sn(n=4-8)，LiO2)的作用，并阐明对放电产物(如Li2X2，Li2X，X=O or S)的生成过程和演化的影响；分析并揭示电化学性能提升的本质因素。这些研究将为相关体系催化剂的理性设计提供科学依据。