近日，材料的動力學(xué)模擬與設(shè)計(jì)研究組（11T4組）學(xué)生謝勇、王婷婷等人在鄧偉僑研究員的帶領(lǐng)下，開發(fā)出一種共軛微孔高分子材料，能夠在常溫常壓下捕獲可觀的CO2，同時(shí)可在常溫常壓下催化CO2與環(huán)氧烷烴反應(yīng)，生成高附加值的環(huán)碳酸酯。該成果發(fā)表于最近的Nature Communications 上。

    CO2的減排問題是當(dāng)今人類社會亟待解決的問題和當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。對于CO2的減排有兩種主要手段：一是捕獲與封存，將CO2通過化學(xué)或物理吸附的方法捕獲起來，然后進(jìn)行封存；二是CO2的利用，將CO2用來合成有價(jià)值的化學(xué)品。這兩種方案都要消耗大量的能源，因此結(jié)果不能盡如人意。11T4組開發(fā)的這種新材料，將這兩種方案完美結(jié)合，既能捕獲CO2，又能轉(zhuǎn)化CO2。而且由于操作條件是常溫常壓下進(jìn)行，不需要額外的能量，因此避免了捕獲與轉(zhuǎn)化CO2過程中因?yàn)轭~外能量而產(chǎn)生的二次CO2排放。

    這種材料主要是將催化中心（salen-金屬）鑲嵌入共軛微孔高分子骨架制得。其表面積高達(dá)700-1000平方米每克，在常溫常壓下1g聚合物可吸附70-80毫克CO2，媲美于金屬框架化合物（MOF）。在常溫常壓下即能催化CO2與環(huán)氧丙烷反應(yīng)，48小時(shí)后可達(dá)81%的產(chǎn)率，100%的選擇性，循環(huán)使用壽命長。其催化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)在工業(yè)上采用的催化劑，是目前唯一能在常溫常壓下催化該反應(yīng)的異相催化劑。理論計(jì)算得到的催化機(jī)理表明，該反應(yīng)在這種材料作用下最高活化能僅為9kcal/mol，因此在常溫常壓下就可以進(jìn)行。這種材料的成功制備為CO2減排帶來一個新思路，該成果的擴(kuò)大化將在CO2的利用上具有良好的應(yīng)用前景。

    共軛微孔高分子是2007年發(fā)現(xiàn)的一種新興多孔材料，因?yàn)榫哂卸喾N優(yōu)異性能而被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。11T4組自2009年來一直致力于共軛微孔高分子的開發(fā)與應(yīng)用。比如2010年將共軛微孔高分子應(yīng)用到儲氫領(lǐng)域（Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 3330-3333），2011年將共軛微孔高分子應(yīng)用到油的選擇性吸附與分離領(lǐng)域(Energy & Environmental Science 2011, 4, 2062–2065)。此次工作是11T4組在前期共軛微孔高分子吸附材料研究基礎(chǔ)之上的又一次突破。

    以上研究得到了延長石油探索性項(xiàng)目與中科院百人計(jì)劃等相關(guān)項(xiàng)目的資助。