最近英国牛津大学Charlotte K. Williams等报道了MgCo双金属催化剂在CO₂和环氧化合物的共聚反应中展现较好的性能，在正常CO₂压力中能够很好的反应，反应的催化性能通过双金属之间的协同作用实现，双金属之间分别起到不同的作用，并实现配合。通过环氧化物和CO₂之间的聚合反应能实现大量应用CO₂温室气体。CO₂和环氧化物的反应中的主要困难在于反应速率、反应选择性、产率等。因此该反应中关键的方面在于选择合适的催化剂。大连理工大学吕小兵在Nature Chem上刊发了该工作的新闻报道。

本文要点：

（1）该双金属的反应过程。反应中首先通过吸附环氧化物在催化剂中的金属上，随后在结合在另一金属位点上的乙酸进攻，进而打开环氧键生成同时结合在两个金属位点上的烷氧物种。随后CO₂靠近金属位点，取代烷氧基结合物后结合到金属位点上。随后金属位点上的烷氧基和CO₂反应，生成两性离子中间体。作者认为此步中通过四元环中间体进行。随后，作者对金属结构的作用进行比较，分别制备了同金属（MgMg, CoCo）和异金属（MgCo）催化剂，其中异金属的合成通过混合MgMg和CoCo催化剂，通过继续加热实现了金属中心的重新分布，形成双金属组成的催化剂。随后的测试中，该催化剂在20 bar CO₂的反应中TOF达到＞12000 h^-1，1 bar CO₂的反应中TOF达到1205 h^-1，同时聚合物的选择性达到＞99 %。

（2）该工作中的双金属位点设计为以后的催化剂设计提供了较好的例子，该催化反应中通过相互配合，改善了环氧化物的活化和聚合过程。

参考文献

Xiao-Bing Lu*

Partners in catalysis，Nature Chem. 2020, 12, 324-326

DOI：10.1038/s41557-020-0447-y

https://www.nature.com/articles/s41557-020-0447-y

Arron C. Deacy, Alexander F. R. Kilpatrick, Anna Regoutz & Charlotte K. Williams*

Understanding metal synergy in heterodinuclear catalysts for the copolymerization of CO₂ and epoxides. Nat. Chem. 2020, 12, 372–380

https://www.nature.com/articles/s41557-020-0450-3

作者介绍

吕小兵，在1997年中国科技大学应用化学硕士学位，在2002年于大连理工大学工业催化博士，随后在大连理工大学执教，于2005年升任教授。主要研究领域：金属有机化合物合成与不对称催化，基于小分子活化的立体选择性可控聚合，二氧化碳活化与催化转化。