二氧化碳與炔烴反應合成炔酸，助力低碳轉型

在全球氣候變暖、環(huán)境問題日益嚴峻的背景下，如何有效減少二氧化碳（CO2）排放并實現其資源化利用，成為了科學界和產業(yè)界共同關注的焦點。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所的科研團隊在這一領域取得了重大突破，他們成功利用CO2與炔烴反應合成出高附加值的炔酸，為化工行業(yè)的低碳轉型提供了新的潛在路徑。相關論文發(fā)表于《能源化學》。

 

炔酸，作為一種重要的有機中間體，在雜環(huán)化合物合成和光電材料開發(fā)中扮演著關鍵角色。然而，傳統(tǒng)的炔酸生產方法往往伴隨著高能耗和環(huán)境污染。此次，胡斌研究員帶領的團隊通過創(chuàng)新研究，提出了一種全新的合成策略——利用CO2與炔烴進行反應，不僅實現了CO2的100%原子經濟型轉化，還生成了具有高經濟價值的炔酸產品，兼具了顯著的環(huán)境效益和經濟效益。

 

研究過程中，團隊聚焦于使用銀元素作為活性金屬，設計并構建了多相催化劑來實現末端炔烴的羧化反應。銀元素因其能夠與碳碳三鍵相互作用而活化炔烴，展現出高效率和廣泛的底物適用性。為了深入探究這一反應過程，團隊采用了實驗結合理論模擬的方法，對反應機理進行了全面而細致的研究。

 

通過在缺陷可控的CeO2載體上原位錨定超小銀團簇，團隊成功構建了Ag/CeO2催化劑。其中，0.197%Ag/CeO2-NR催化劑表現出了最優(yōu)異的反應性能，這得益于其獨特的雙位點協同效應、豐富的氧空位以及帶正電荷的銀團簇。研究證實，氧空位是CO2極化的活性位點，而銀的摻入則通過電子調制進一步提高了空位濃度。同時，帶正電荷的銀團簇作為炔烴的去質子活化中心，在CO2插入過程中起到了穩(wěn)定炔基陰離子的關鍵作用。

 

基于上述發(fā)現，團隊對反應機理做出了清晰闡釋：在Cs2CO3的協助下，苯乙炔中的酸性C(sp)-H鍵被去質子化，形成末端炔基陰離子，并與銀簇配位生成銀炔中間體；隨后，CO2在CeO2表面的氧空位上吸附并發(fā)生極化，插入到銀炔鍵中生成羧酸銀中間體；最終，經過酸化處理獲得目標產物苯丙炔酸。

 

這一研究成果不僅證實了CO2與炔反應生成炔酸的雙位點協同催化機制，更為未來構筑更高效的C-H羧化反應體系提供了可靠支撐。