二氧化碳（CO₂）是主要温室气体之一，如何对其进行高效分离及合理利用具有重要的理论和现实意义。化学化工学院吴有庭教授和胡兴邦副教授一直致力于酸性气体（CO₂, SO₂、H₂S等）的分离和利用。在建立高效分离方法的基础上（AIChE J. 2018, 64, 209-219; AIChE J. 2016, 62, 4480-4490），最近他们在CO₂加氢制甲酸方向取得了新进展（Nature Catal. 2018, 1, 743-747; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201809634R2）。

CO₂加氢是一条制备大宗化工原料甲酸的绿色环保路线。由于此方法需同时活化惰性的H₂和CO₂，其在催化领域一直是一个富有挑战的课题。目前，比较成熟的方法是使用基于贵金属（M=Ru、Rh、Ir、Re等）的化合物为催化剂，通过活化H₂形成M-H活性中间体，然后CO₂插入M-H得到甲酸或甲酸盐。相比之下，廉价的过渡金属作催化剂的例子不多，且催化活性相对较低。课题组与UCSD的Guy Bertrand教授合作，开发了卡宾铜/B(C₆F₅)₃-DBU协同催化体系（图1），其中卡宾铜能有效活化CO₂，而B(C₆F₅)₃-DBU能高效活化H₂，反应最高获得了1881的TON值，研究结果发表于Nature Catal. 2018, 1, 743-747，论文发表后获得了同一期题名为“Harmonious hydrogenation catalysts”的文章专栏报道（Nature Catal. 2018, 1, 739-740）。

图1. 卡宾铜/B(C₆F₅)₃-DBU协同催化CO₂加氢。

更进一步，通过无过渡金属的化合物催化CO₂加氢是更富挑战且尚未能实现的课题。尽管被广泛关注的受阻路易斯酸碱对(FLPs)已经表现出优异的H₂活化能力，但受限于现有FLPs的活性及稳定性，其对CO₂加氢仍然只能在当量反应的水平下实现。胡兴邦副教授和吴有庭教授课题组利用Lewis酸B(C₆F₅)₃与碳酸盐组成的Lewis酸/碱加合物作为CO₂加氢反应的催化剂，以此发展了一种无过渡金属参与的CO₂加氢反应方法（图2）。催化实验表明Lewis酸/碱对复合物能够作为有效的CO₂加氢催化剂，反应的TON值可达3941。值得一提的是，该发现是首例应用Lewis酸/碱对复合物催化CO₂加氢反应，整个过程没有过渡金属的参与。该研究丰富了Lewis酸/碱对复合物在催化领域的应用，也为无过渡金属参与的CO₂催化加氢反应与提供了新的策略，研究结果在线发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2018 DOI: 10.1002/anie.201809634R2，并被编辑选为"Hot Paper"。

图2. Lewis酸/碱对复合物催化CO₂加氢。

以上Nature Catal.论文共同第一作者为37000cm威尼斯化学化工学院的博士生赵天翔，胡兴邦副教授和UCSD的Guy Bertrand教授为共同通讯作者。Angew. Chem. Int. Ed.论文第一作者为37000cm威尼斯化学化工学院的博士生赵天翔，胡兴邦副教授和吴有庭教授为共同通讯作者，张志炳教授对论文提供了宝贵建议和支持。

上述工作得到国家自然科学基金以及37000cm威尼斯双一流学科建设经费的支持。

（化学化工学院 科学技术处）