随着人类生活水平的提高和工业活动的增加,大气中的二氧化碳(CO2)浓度不断提升。作为温室气体的主要组成成分,Co2的过度排放导致了一系列的环境问题,因此近年来CO2的捕获与转化引发了学术界的广泛关注。然而传统的吸附剂和催化剂在CO2捕获与转化方面还存在诸多缺陷。近二十年来,先进多孔材料如多孔聚合物(POPs),金属-有机框架(MOFs)等多孔材料因其可设计可剪裁的结构,可调节的孔尺寸,较高的比表面积等特性使得这类材料在CO2的捕获与转化等领域都展现出了卓越的性能和应用前景。本论文主要是基于廉价的原料合成了几种不同类型的高稳定先进多孔材料,并通过高温热转化、材料复合等其他后合成修饰策略实现了孔尺寸的调节和新催化位点的引入,从而提高了以上材料在C02捕获与转化中的性能提升。主要的研究内容和结果如下:1.针对传统CO2吸附剂和催化剂孔尺寸小,稳定性较差等问题,我们选择廉价的两种聚合物单体(间苯三酚与4,4’-联苯二甲醛)通过一步溶剂热法制备得到了具有分级孔道结构的酚醛树脂类多孔聚合物(PRP-1)。凭借着较高的稳定性和比表面积,以及特殊的分级孔道结构和框架上高密度的酚羟基位点,PRP-1不仅表现出了优异的CO2吸附能力,同时对CO2固定反应也展示出很高的催化活性。在298 K和1 bar下,PRP-1的C02吸附量可以达到71 mg g-1。同时,循环吸附测试显示,在10轮循环中吸附量几乎无衰减。此外,在助催化剂四正丁基溴化铵的协助下,PRP-1还可以在温和条件下高效催化不同环氧化合物的C02环加成反应,并且维持6轮循环反应活性几乎不下降,体现出了该材料良好的稳定性。2.催化剂活性位种类和数量在催化反应中起着重要的作用,而传统催化剂结构单一,很难实现多种催化位点,特别是酸碱位点的同时引入。MOF材料作为一类新颖的晶态多孔材料,可以通过选择不同的金属中心和有机配体实现在同一个催化剂中引入多种类型的催化活性位点。同时,对MOF材料进行高温热转化,得到的衍生物不仅可以继承原MOF的结构优势还可以创造出新的性能。基于此,我们以ZIF-8为模板高温热转化得到了具有高比表面的ZnO@NPC的复合结构。再通过次氯酸钠溶液的温和氧化,在保留上一步材料原催化活性位(氧化锌和吡啶氮)的基础上进一步引入羟基,羧基等催化活性位。基于不同催化活性位之间的协同作用和继承于ZIF-8的多孔结构,氧化后的催化剂(ZnO@NPC-Ox)在温和反应条件下表现出了对环氧化合物CO2环加成反应卓越的催化活性,选择性和稳定性。3.将多种功能成分合理组合为复合材料可以有效提高材料对于特定功能应用的性能。而MOF材料可修饰的孔空腔为材料复合提供了有利条件。为此,我们利用等体积浸渍法将含有咪唑鎓盐离子液体,1,2-二乙烯基苯与偶氮异丁腈的乙醇溶液引入到MIL-101的孔中,再通过70 ℃条件下偶氮异丁腈引发自由基聚合,得到了离子液体聚合物限域在MIL-101孔内的复合材料(polyILs@MIL-101)。离子液体聚合物的引入进一步提高了材料的C02吸附性能。而复合材料高的C02富集能力以及离子液体的Lewis碱位点与MIL-101的Lewis酸位点之间的协同作用,使得其在不需要添加任何助催化剂的条件下实现了环氧化合物的C02环加成反应的高效催化,其活性远远超过相应的离子液体聚合物和原MOF。值得注意的是,该复合材料可以在10轮循环反应中维持催化活性基本不变,显示出其优异的稳定性。此外,当把1 bar的C02替换为低压C02时,不同于催化活性迅速降低的均相催化剂离子液体,polyILs@MIL-101作为具有CO2富集能力的多相催化剂可以在一定区间内保持催化活性不变化,证明了C02吸附能力对于催化剂C02催化转化的重要作用。