二氧化碳(CO2)是导致温室效应的主要气体之一,同时也是储量丰富的C1资源,通过化学固定CO2制备高附加值化工产品是最具吸引力的碳捕集与利用的策略之一。其中,将CO2化学固定为环碳酸酯是一条最具工业应用前景的转化利用途径。目前,以环氧化物和CO2反应合成环碳酸酯是最常用的制备体系。然而,环氧化物作为原料不仅成本高、毒性大、不易储存,且反应体系对设备要求高,严重制约环碳酸酯的产业规模。烯烃毒性小、价格低廉,工业上被用作制备环氧化物的原料。因此,若能从烯烃出发,与CO2直接反应合成环碳酸酯,可极大提升反应经济性与环境友好性,对传统工艺革新具有重大意义。然而目前报道的催化体系大多存在选择性低、反应条件苛刻等问题。本文将从仿生催化和微纳催化的角度出发,构建新型高效催化体系,实现烯烃和CO2直接制备环碳酸酯。本文研究内容如下:(1)设计合成了四种金属卟啉配合物MnTPP、Mn(TDCPP)Cl、T(p-Cl)PPMn和T(p-ClI)PPMn,利用NMR、MALDI-TOF等手段确证了结构,开发了仿生金属卟啉催化烯烃-H2O2-CO2体系合成环碳酸酯。通过两段控温,Mn(TDCPP)Cl可以有效催化苯乙烯到环碳酸酯的直接转化,苯乙烯环碳酸酯的产率可达59%。(2)通过选用价廉易得的没食子酸作为有机配体,合成了四种多孔金属-有机框架材料M-gallate(M=Ni,Mn,Co,Mg)作催化剂,构建了环氧化物与CO2环加成、烯烃环氧化-环加成催化体系。其中,Co-gallate催化环加成反应活性最高,在常压及无溶剂反应条件下能够有效催化多种环氧化物与CO2的环加成反应(分离收率90%以上),并且循环利用5次仍保持高催化活性。在此基础上,进一步实现了 M-gallate催化烯烃与CO2反应直接制备环碳酸酯,催化剂筛选实验结果表明,Ni-gallate对该反应具有最佳的催化性能,苯乙烯转化率99%,环碳酸酯酯选择性84%。(3)利用金属-有机框架(MOFs)材料的可修饰性,将氨基官能团引入MOFs材料Co(Hoba)2的有机配体中,得到氨基改性的Co(Hoba)2-NH2材料。实验结果表明,相对于Co(Hoba)2,Co(Hoba)2-NH2更能高效催化烯烃到环碳酸酯的直接转化。同时,基于实验结果和文献报道,对Co(Hoba)2-NH2催化烯烃与CO2反应生成环碳酸酯的机理进行了探讨。