金属催化的二氧化碳与高能小分子的化学转化

The catalytic tranformation of carbon dioxide and high-energy small molecules to bulk chemicals is one of the challenging topics. This project will foucs on the metal complexes catalyzed chemical transformation of carbon dioxide to valuable bulk products such as formic acid and its derivatives, methanol and acrylic acid and its derivatives, with high-energy small molecules such as dihydrogen, olefins and alkynes as raw materials. Starting with the design and synthesis of novel bi-functional catalysts, we will systematically study the catalytic activity and selectivity, especially the mechanisms of the relevant reactions, to reveal the relationship between the catalyst structures and their catalytic behaviors, and further develop a series of new catalysts featured with high efficiency and selectivity, to provides a new solution for carbon dioxide recycling and reutilization.

二氧化碳与高能小分子的催化转化合成大宗化学品是挑战性的课题之一。本项目拟以氢气、烯烃和炔烃等高能小分子为原料，研究二氧化碳在金属络合物催化下的化学转化，用以合成高附加值的大宗化学品如甲酸及其衍生物、甲醇和丙烯酸及其衍生物丙烯酸甲酯等。我们将从具有双功能作用的催化剂的设计、合成入手，系统地对这些催化剂在二氧化碳催化转化反应中的催化活性和选择性、特别是反应机理的进行深入研究，揭示催化剂的结构与催化效率和选择性之间的关系，开发一系列新型高效、高选择性催化剂，为二氧化碳的回收再利用提供新的解决方案。

在温和条件下实现二氧化碳到精细化学品的化学转化是二氧化碳资源化利用的一个重要途径，也是一个极具挑战性的科学问题。围绕“二氧化碳资源化利用及其产业化应用”这一挑战性课题，积极探索和发展了系列二氧化碳增值化利用的新反应和新途径。通过对钳形钌系列催化剂的理性设计和优化，发展了二氧化碳，氢气和有机胺高效高选择性合成甲酰胺类化合物的方法，使得单次反应的催化转化数（TON）最高可达199万，；首次以廉价易得的多聚硅氢PMHS为还原剂，实现了二氧化碳脱氧还原和烯烃氢甲酰化一锅法串联合成直链醛的新反应；以手性铜络合物为催化剂，首次以便宜易得的1,1-二取代联烯为原料实现了二氧化碳参与的的不对称羟甲基化合成了系列全碳骨架的手性的高烯基醇衍生物。.本项目在二氧化碳催化转化反应的产业化应用研究方面也取得技术突破。经过三年多的建设和准备，“资源化利用CO2合成DMF千吨级中试”项目于2019年5月29日试车成功并实现了连续化稳定运行超过1200多小时，形成了世界上首套“CO2资源化利用合成DMF成套技术、工艺和装备”科技成果，并通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。与会专家一致认定本成果“属国际首创，整体技术居国际领先水平”，并建议“加快工业化示范装置的建设，进一步扩大应用范围”。这一消息被《中国科学报》在内的多家媒体报道。 .本项目执行期间，在Angew. Chem. Int. Ed.和Chem. Eur. J.等专业期刊上共同发表学术论文4篇；申请中国发明专利1项。