二氧化碳向环状碳酸酯的“华丽转变”:催化剂种类与作用

杨佳艺 郝建秀 周华从 刘全生

引用本文: 杨佳艺, 郝建秀, 周华从, 刘全生. 二氧化碳向环状碳酸酯的“华丽转变”:催化剂种类与作用[J]. 大学化学, 2026, 41(2): 178-189. doi: 10.12461/PKU.DXHX202502105 shu
Citation:  Jiayi Yang,  Jianxiu Hao,  Huacong Zhou,  Quansheng Liu. “Gorgeous Transformation” of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates: Catalyst Types and Roles[J]. University Chemistry, 2026, 41(2): 178-189. doi: 10.12461/PKU.DXHX202502105 shu

二氧化碳向环状碳酸酯的“华丽转变”:催化剂种类与作用

    通讯作者: 郝建秀,E-mail:hjx2020@imut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(22468036, 22468035, 22368038);内蒙古工业大学研究生教育教学改革项目(YJG2024007);内蒙古自治区自然科学基金杰出青年项目(2022JQ04);内蒙古自治区自然科学基金青年项目(2024QN02018);内蒙古自治区科技重大专项(2021ZD0020);内蒙古工业大学科研启动金项目(BS2021018)

摘要: 二氧化碳(CO2)的大量排放引发了一系列环境问题,但同时CO2也是一种重要的碳资源。因此,捕获CO2并将其转化为高附加值化学品,已成为科学与工业领域的热点课题。从化学角度而言,CO2被视作一种稳定、安全且储量丰富的C1资源。将CO2转化为高值化学品,不仅能有效解决CO2排放问题,同时实现了CO2的资源化利用。把CO2催化环化加成到环氧化物中,制备高附加值的环状碳酸酯,是一种反应过程简单且前景可观的CO2利用策略,该反应无副产物产生,原子经济性100%,反应条件温和。本文综述了CO2化学利用途径,着重介绍了CO2环加成反应高效催化剂,并对不同类型催化剂的性能进行了比较,最后对CO2环加成反应研究进展进行了总结与展望。

English

    1. [1]

      Meng, L. H.; Yang, J. K.; Huo, Z. C.; Wu, Q.; Zhang, Y. Y.; Shi, D. X.; Chen, K. C.; Liu, H. L.; Xu, X. Y.; Li, H. S.; et al. Sep. Purif. Technol. 2024, 348, 127465.Meng, L. H.; Yang, J. K.; Huo, Z. C.; Wu, Q.; Zhang, Y. Y.; Shi, D. X.; Chen, K. C.; Liu, H. L.; Xu, X. Y.; Li, H. S.; et al. Sep. Purif. Technol. 2024, 348, 127465.

    2. [2]

      Sun, J. F.; Qin, Y. J.; Zhang, Y. L.; Sa, Z. Y.; Liu, J.; Wang, Y. H.; Wang, C. Y.; Tan, Q. L. J. Mol. Struct. 2025, 1322, 140534.Sun, J. F.; Qin, Y. J.; Zhang, Y. L.; Sa, Z. Y.; Liu, J.; Wang, Y. H.; Wang, C. Y.; Tan, Q. L. J. Mol. Struct. 2025, 1322, 140534.

    3. [3]

      Yan, S.; Li, W. Z.; He, D. F.; He, G. Y.; Chen, H. Q. Mol. Catal. 2023, 550, 113608.Yan, S.; Li, W. Z.; He, D. F.; He, G. Y.; Chen, H. Q. Mol. Catal. 2023, 550, 113608.

    4. [4]

      McLaughlin, H.; Littlefield, A. A.; Menefee, M.; Kinzer, A.; Hull, T.; Sovacool, B. K.; Bazilian, M. D.; Kim, J.; Griffiths, S. Renew. Sust Energ. Rev. 2023, 177, 113215.McLaughlin, H.; Littlefield, A. A.; Menefee, M.; Kinzer, A.; Hull, T.; Sovacool, B. K.; Bazilian, M. D.; Kim, J.; Griffiths, S. Renew. Sust Energ. Rev. 2023, 177, 113215.

    5. [5]

      Tan, Y. T.; Nookuea, W.; Li, H. L.; Thorin, E.; Yan, J. Y. Energ. Convers. Manage. 2016, 118, 204.Tan, Y. T.; Nookuea, W.; Li, H. L.; Thorin, E.; Yan, J. Y. Energ. Convers. Manage. 2016, 118, 204.

    6. [6]

      Liu, Y.; Li, S. J.; Yu, X. J.; Chen, Y.; Tang, X. N.; Hu, T. D.; Shi, L.; Pudukudy, M.; Shan, S. Y.; Zhi, Y. F. Mol. Catal. 2023, 547, 113344.Liu, Y.; Li, S. J.; Yu, X. J.; Chen, Y.; Tang, X. N.; Hu, T. D.; Shi, L.; Pudukudy, M.; Shan, S. Y.; Zhi, Y. F. Mol. Catal. 2023, 547, 113344.

    7. [7]

      Weidlich, T.; Kamenická, B. Available Methods Enabling Chemical Utilization of Anthropogenic CO2 for Production of Cyclic Carbonates Using Homogeneous Non-Metallic//International Conference on Chemical Technology, 9th International Conference on Chemical Technology, Mikulov, Czech Republic, Apr 25-27, 2022; Vesely, M.; Hrdlicka, Z.; Hanika, J.; Lubojacky, J. Eds.; Czech Soc Industrial ChemistryNovotného lávka 5, Prague, 11668, Czech Republic, 2022.Weidlich, T.; Kamenická, B. Available Methods Enabling Chemical Utilization of Anthropogenic CO2 for Production of Cyclic Carbonates Using Homogeneous Non-Metallic//International Conference on Chemical Technology, 9th International Conference on Chemical Technology, Mikulov, Czech Republic, Apr 25-27, 2022; Vesely, M.; Hrdlicka, Z.; Hanika, J.; Lubojacky, J. Eds.; Czech Soc Industrial ChemistryNovotného lávka 5, Prague, 11668, Czech Republic, 2022.

    8. [8]

      Zhang, H. G.; Zhai, G. Y.; Lei, L. F.; Zhang, C. Y.; Liu, Y. Y.; Wang, Z. Y.; Cheng, H. F.; Zheng, Z. K.; Wang, P.; Dai, Y.; et al. J. Colloid Interf. Sci. 2022, 625, 33.Zhang, H. G.; Zhai, G. Y.; Lei, L. F.; Zhang, C. Y.; Liu, Y. Y.; Wang, Z. Y.; Cheng, H. F.; Zheng, Z. K.; Wang, P.; Dai, Y.; et al. J. Colloid Interf. Sci. 2022, 625, 33.

    9. [9]

      Zhang, Q. M.; Zhu, M.; Zhou, X. X. J. Inorg. Mater. 2021, 36 (11), 1145.Zhang, Q. M.; Zhu, M.; Zhou, X. X. J. Inorg. Mater. 2021, 36 (11), 1145.

    10. [10]

      Torquato, L. D. M.; Pastrian, F. A. C.; Perini, J. A. L.; Irikura, K.; Batista, A. P. D.; de Oliveira, A. G. S.; de Torresi, S. I. C.; Zanoni, M. V. B. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 261, 118221.Torquato, L. D. M.; Pastrian, F. A. C.; Perini, J. A. L.; Irikura, K.; Batista, A. P. D.; de Oliveira, A. G. S.; de Torresi, S. I. C.; Zanoni, M. V. B. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 261, 118221.

    11. [11]

      Yang, X. L.; Wang, S. Y.; Yang, N.; Zhou, W.; Wang, P.; Jiang, K.; Li, S.; Song, H.; Ding, X.; Chen, H.; et al. Appl. Catal. B-Environ. Energy 2019, 259, 118088.Yang, X. L.; Wang, S. Y.; Yang, N.; Zhou, W.; Wang, P.; Jiang, K.; Li, S.; Song, H.; Ding, X.; Chen, H.; et al. Appl. Catal. B-Environ. Energy 2019, 259, 118088.

    12. [12]

      Ge, H. B.; Zhang, B.; Liang, H. J.; Zhang, M. W.; Fang, K. G.; Chen, Y.; Qin, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 263, 118133.Ge, H. B.; Zhang, B.; Liang, H. J.; Zhang, M. W.; Fang, K. G.; Chen, Y.; Qin, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 263, 118133.

    13. [13]

      Mao, Y.; Zha, F.; Tian, H.; Tang, X.; Chang, Y.; Guo, X. J. Fuel Chem. Technol. 2023, 51 (10), 1514.Mao, Y.; Zha, F.; Tian, H.; Tang, X.; Chang, Y.; Guo, X. J. Fuel Chem. Technol. 2023, 51 (10), 1514.

    14. [14]

      Gunasekar, G. H.; Shin, J.; Jung, K. D.; Park, K.; Yoon, S. ACS Catal. 2018, 8 (5), 4346.Gunasekar, G. H.; Shin, J.; Jung, K. D.; Park, K.; Yoon, S. ACS Catal. 2018, 8 (5), 4346.

    15. [15]

      Hu, L. H.; Wnag, X.; Hu, K. R.; Chen, C.; Xu, Z. H.; Xu, W. Chinese J. Inorg. Chem. 2023, 39 (7), 1315.Hu, L. H.; Wnag, X.; Hu, K. R.; Chen, C.; Xu, Z. H.; Xu, W. Chinese J. Inorg. Chem. 2023, 39 (7), 1315.

    16. [16]

      Liu, G. X.; Li, C.; Chen, D.; Ni, X. F.; Jiang, L. M.; Shen, Z. Q. Chinese J. Catal. 2010, 31 (10), 1242.Liu, G. X.; Li, C.; Chen, D.; Ni, X. F.; Jiang, L. M.; Shen, Z. Q. Chinese J. Catal. 2010, 31 (10), 1242.

    17. [17]

      Maheshwari, N.; Kumar, M.; Thakur, I. S.; Srivastava, S. Bioresource Technol. 2018, 254, 75.Maheshwari, N.; Kumar, M.; Thakur, I. S.; Srivastava, S. Bioresource Technol. 2018, 254, 75.

    18. [18]

      Leclerc, H. O.; Erythropel, H. C.; Backhaus, A.; Lee, D. S.; Judd, D. R.; Paulsen, M. M.; Ishii, M.; Long, A.; Ratjen, L.; Bertho, G. G.; et al. ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 13 (1), 5.Leclerc, H. O.; Erythropel, H. C.; Backhaus, A.; Lee, D. S.; Judd, D. R.; Paulsen, M. M.; Ishii, M.; Long, A.; Ratjen, L.; Bertho, G. G.; et al. ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 13 (1), 5.

    19. [19]

      余欣, 曾诗淇, 李磊, 姚虎, 郑依楠, 郭晓辉. Science China Materials 2024, 67 (5), 1543.

    20. [20]

      Mingxian, X. U.; Sihan, H. U.; Chunxiao, D.; Chunmian, L. I. N. J. Chem. Eng. Chin. Uni. 2011, 25 (3), 529.Mingxian, X. U.; Sihan, H. U.; Chunxiao, D.; Chunmian, L. I. N. J. Chem. Eng. Chin. Uni. 2011, 25 (3), 529.

    21. [21]

      Calabrese, C.; Giacalone, F.; Aprile, C. Catalysts 2019, 9 (4), 325.Calabrese, C.; Giacalone, F.; Aprile, C. Catalysts 2019, 9 (4), 325.

    22. [22]

      Feng, Y.; Yao, J. F. Sep. Purif. Technol. 2025, 356, 130027.Feng, Y.; Yao, J. F. Sep. Purif. Technol. 2025, 356, 130027.

    23. [23]

      Wang, Q.; Chen, P. B.; Li, X. J.; Liang, Y.; Pan, Y. M. Asian J. Org. Chem. 2023, 12 (8). e202300308Wang, Q.; Chen, P. B.; Li, X. J.; Liang, Y.; Pan, Y. M. Asian J. Org. Chem. 2023, 12 (8). e202300308

    24. [24]

      Hu, L. H.; Chen, L.; Peng, X.; Zhang, J. W.; Mo, X. H.; Liu, Y. J.; Yan, Z. C. Micropor. Mesopor. Mat. 2020, 299, 110123.Hu, L. H.; Chen, L.; Peng, X.; Zhang, J. W.; Mo, X. H.; Liu, Y. J.; Yan, Z. C. Micropor. Mesopor. Mat. 2020, 299, 110123.

    25. [25]

      Yin, H. Q.; Cui, M. Y.; Wang, H.; Peng, Y. Z.; Chen, J.; Lu, T. B.; Zhang, Z. M. Inorg. Chem. 2023, 62 (34), 13722.Yin, H. Q.; Cui, M. Y.; Wang, H.; Peng, Y. Z.; Chen, J.; Lu, T. B.; Zhang, Z. M. Inorg. Chem. 2023, 62 (34), 13722.

    26. [26]

      Ma, Z. Y.; Chen, P. B.; Wu, C. C.; Liang, Y.; Pan, Y. M. Asian J. Org. Chem. 2024, 14 (1), e202400492.Ma, Z. Y.; Chen, P. B.; Wu, C. C.; Liang, Y.; Pan, Y. M. Asian J. Org. Chem. 2024, 14 (1), e202400492.

    27. [27]

      Chakraborty, D.; Shekhar, P.; Singh, H. D.; Kushwaha, R.; Vinod, C. P.; Vaidhyanathan, R. Chem.-Asian J. 2019, 14 (24), 4767.Chakraborty, D.; Shekhar, P.; Singh, H. D.; Kushwaha, R.; Vinod, C. P.; Vaidhyanathan, R. Chem.-Asian J. 2019, 14 (24), 4767.

    28. [28]

      Haque, N.; Biswas, S.; Ghosh, S.; Chowdhury, A. H.; Khan, A.; Islam, S. M. ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4 (8), 7663.Haque, N.; Biswas, S.; Ghosh, S.; Chowdhury, A. H.; Khan, A.; Islam, S. M. ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4 (8), 7663.

    29. [29]

      Ullah, H.; Ullah, Z.; Khattak, Z. A. K.; Tahir, M.; Kang, E.; Verpoort, F.; Kim, H. Y. ChemSusChem 2025, e20240104Ullah, H.; Ullah, Z.; Khattak, Z. A. K.; Tahir, M.; Kang, E.; Verpoort, F.; Kim, H. Y. ChemSusChem 2025, e20240104

    30. [30]

      Singh, G.; Nagaraja, C. M. J. CO2 Util. 2021, 53, 101716.Singh, G.; Nagaraja, C. M. J. CO2 Util. 2021, 53, 101716.

    31. [31]

      Tariq, W.; Pudukudy, M.; Liu, Y.; Li, S. J.; Zhang, C. R.; Haider, A. A.; Lin, L.; Murtaza, G.; Tahir, M. N.; Zhi, Y. F.; et al. Sep. Purif. Technol. 2025, 353, 128361.Tariq, W.; Pudukudy, M.; Liu, Y.; Li, S. J.; Zhang, C. R.; Haider, A. A.; Lin, L.; Murtaza, G.; Tahir, M. N.; Zhi, Y. F.; et al. Sep. Purif. Technol. 2025, 353, 128361.

    32. [32]

      Koohsaryan, E.; Anbia, M. Chinese J. Catal. 2016, 37 (4), 447.Koohsaryan, E.; Anbia, M. Chinese J. Catal. 2016, 37 (4), 447.

    33. [33]

      Gao, B. H.; Li, W. J.; Chai, Y. C.; Wu, G. J.; Li, L. D. ChemCatChem 2024, 17 (1), e202401385Gao, B. H.; Li, W. J.; Chai, Y. C.; Wu, G. J.; Li, L. D. ChemCatChem 2024, 17 (1), e202401385

    34. [34]

      Li, J. W.; Wang, T.; Tao, S.; Chen, F.; Li, M.; Liu, N. Chinese J. Org. Chem. 2024, 44 (10), 3213.Li, J. W.; Wang, T.; Tao, S.; Chen, F.; Li, M.; Liu, N. Chinese J. Org. Chem. 2024, 44 (10), 3213.

    35. [35]

      Yamazaki, K.; Moteki, T.; Ogura, M. J. Jpn. Petrol. Inst. 2020, 63 (3), 149.Yamazaki, K.; Moteki, T.; Ogura, M. J. Jpn. Petrol. Inst. 2020, 63 (3), 149.

    36. [36]

      Li, J.; Lu, X.; Zhou, C.; Sun, D.; An, W.; Wang, X.; Shao, S.; Lu, B. Appl. Chem. Ind. 2024, 53 (7), 1668.Li, J.; Lu, X.; Zhou, C.; Sun, D.; An, W.; Wang, X.; Shao, S.; Lu, B. Appl. Chem. Ind. 2024, 53 (7), 1668.

    37. [37]

      Damiano, C.; Sonzini, P.; Intrieri, D.; Gallo, E. J. Porphyr. Phthalocya 2020, 24 (5–7), 809.Damiano, C.; Sonzini, P.; Intrieri, D.; Gallo, E. J. Porphyr. Phthalocya 2020, 24 (5–7), 809.

    38. [38]

      Chen, M.; Liu, X. Y.; Yang, Y. Y.; Xu, W.; Chen, K. C.; Luo, R. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15 (6), 8263.Chen, M.; Liu, X. Y.; Yang, Y. Y.; Xu, W.; Chen, K. C.; Luo, R. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15 (6), 8263.

    39. [39]

      Dias, L. D.; Carrilho, R. M. B.; Henriques, C. A.; Calvete, M. J. F.; Masdeu-Bultó, A. M.; Claver, C.; Rossi, L. M.; Pereira, M. M. ChemCatChem 2018, 10 (13), 2792.Dias, L. D.; Carrilho, R. M. B.; Henriques, C. A.; Calvete, M. J. F.; Masdeu-Bultó, A. M.; Claver, C.; Rossi, L. M.; Pereira, M. M. ChemCatChem 2018, 10 (13), 2792.

    40. [40]

      Yang, M.; Zhong, X.; Chen, Q. Chem Ind & Eng Pro 2017, 36 (9), 3300.Yang, M.; Zhong, X.; Chen, Q. Chem Ind & Eng Pro 2017, 36 (9), 3300.

    41. [41]

      Deng, Q. Y.; He, G. H.; Pan, Y.; Ruan, X. H.; Zheng, W. J.; Yan, X. M. RSC Adv. 2016, 6 (3), 2217.Deng, Q. Y.; He, G. H.; Pan, Y.; Ruan, X. H.; Zheng, W. J.; Yan, X. M. RSC Adv. 2016, 6 (3), 2217.

    42. [42]

      Della Monica, F.; Buonerba, A.; Paradiso, V.; Milione, S.; Grassi, A.; Capacchione, C. Adv. Synth. Catal. 2019, 361 (2), 283.Della Monica, F.; Buonerba, A.; Paradiso, V.; Milione, S.; Grassi, A.; Capacchione, C. Adv. Synth. Catal. 2019, 361 (2), 283.

    43. [43]

      Chen, J.; Wu, Q.; Shi, D. X.; Zhang, Y. Y.; Chen, K. C.; Li, H.; Xu, B. H.; Li, H. S. Sep. Purif. Technol. 2025, 355, 129734.Chen, J.; Wu, Q.; Shi, D. X.; Zhang, Y. Y.; Chen, K. C.; Li, H.; Xu, B. H.; Li, H. S. Sep. Purif. Technol. 2025, 355, 129734.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  2
  • HTML全文浏览量:  1
文章相关
  • 发布日期:  2025-03-14
  • 收稿日期:  2025-02-20
  • 修回日期:  2025-03-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章