近日，我?；瘜W(xué)化工學(xué)院王文珍科研團(tuán)隊(duì)以夏力為第一作者、王文珍為通訊作者，西安石油大學(xué)為第一署名單位在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Journal of Materials Science & Technology》（JCR、中科院分區(qū)雙一區(qū)TOP期刊，IF=10.9）上發(fā)表題為《Facet and dual vacancy engineering-boosting BiOBr for enhanced CO2and epoxide cycloaddition reaction under mild and cocatalyst-free conditions: double substrate active sites and activated surface bromine ions synergy》的高水平論文。
自工業(yè)革命以來，大氣中主要溫室氣體二氧化碳(CO2)含量的日益升高已經(jīng)引起了一系列嚴(yán)重環(huán)境氣候問題，嚴(yán)重威脅到全球生物的健康與生存，將CO2視為優(yōu)質(zhì)的C1資源化學(xué)轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)產(chǎn)品符合可持續(xù)發(fā)展的綠色化學(xué)理念。在眾多對(duì)二氧化碳資源的化學(xué)利用策略中，100%原子經(jīng)濟(jì)性的二氧化碳和環(huán)氧化物通過環(huán)加成反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯技術(shù)是最具工業(yè)應(yīng)用的途徑之一。然而，由于CO2固有的熱力學(xué)穩(wěn)定性以及高的開環(huán)反應(yīng)能壘，使得該往往反應(yīng)條件苛刻、需要額外的助催化劑、溶劑等，限制了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，在開發(fā)高性能多相催化劑體系實(shí)現(xiàn)無共催化劑和溫和條件下高效的CO2轉(zhuǎn)化仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
針對(duì)上述問題，我校化學(xué)化工學(xué)院青年教師夏力以廉價(jià)易得的BiOBr為催化劑模型，提出了一種晶面及空位工程協(xié)同調(diào)控的策略，構(gòu)建了高效的非均相催化劑用于CO2環(huán)加成反應(yīng)。首先，通過理論計(jì)算預(yù)測(cè)和晶面調(diào)控獲得了(010)晶面暴露的BiOBr-(010)，(010)晶面同時(shí)具有的Lweis酸位點(diǎn)Bi3+和潛在親核位點(diǎn)的Br-為催化反應(yīng)在無助催化劑條件反應(yīng)提供了反應(yīng)場(chǎng)所。隨后，巧妙將氧空位和溴空位（OVs-BrVs對(duì)）同時(shí)引入BiOBr-(010)中，構(gòu)建了BiO1-xBr1-y-(010)催化劑。這里引入OVs-BrVs對(duì)不僅可以形成分別用于活化環(huán)氧化物和CO2的表面雙活性位點(diǎn)Bi3+-Bi(3-x)+，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧化物和CO2同時(shí)活化，降低二氧化碳插入的反應(yīng)能壘，而且也能進(jìn)一步激活BrVs附近Br?增強(qiáng)其親核攻擊能力，降低環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)能壘。作為結(jié)果，BiO1-xBr1-y-(010)在無助催化劑以及相對(duì)溫和的條件下，環(huán)狀碳酸酯生成率超過99%，選擇性為100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大多數(shù)多相催化體系。本研究為合理操縱多相催化劑表面原子建立高活性的局部催化反應(yīng)位點(diǎn)提供了可能，同時(shí)也為合理設(shè)計(jì)高效二氧化碳環(huán)加成反應(yīng)的催化劑結(jié)構(gòu)提供了一種新的思路。
該成果是近期關(guān)于二氧化碳資源化化學(xué)利用的最新進(jìn)展之一。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.03.029
