近日，我?；瘜W化工學院王文珍科研團隊以夏力為第一作者、王文珍為通訊作者，西安石油大學為第一署名單位在國際權威學術期刊《Journal of Materials Science & Technology》（JCR、中科院分區雙一區TOP期刊，IF=10.9）上發表題為《Facet and dual vacancy engineering-boosting BiOBr for enhanced CO2and epoxide cycloaddition reaction under mild and cocatalyst-free conditions: double substrate active sites and activated surface bromine ions synergy》的高水平論文。
自工業革命以來，大氣中主要溫室氣體二氧化碳(CO2)含量的日益升高已經引起了一系列嚴重環境氣候問題，嚴重威脅到全球生物的健康與生存，將CO2視為優質的C1資源化學轉化為高附加值化學產品符合可持續發展的綠色化學理念。在眾多對二氧化碳資源的化學利用策略中，100%原子經濟性的二氧化碳和環氧化物通過環加成反應制備環狀碳酸酯技術是最具工業應用的途徑之一。然而，由于CO2固有的熱力學穩定性以及高的開環反應能壘，使得該往往反應條件苛刻、需要額外的助催化劑、溶劑等，限制了其大規模工業化生產。因此，在開發高性能多相催化劑體系實現無共催化劑和溫和條件下高效的CO2轉化仍然是一項挑戰。
針對上述問題，我?；瘜W化工學院青年教師夏力以廉價易得的BiOBr為催化劑模型，提出了一種晶面及空位工程協同調控的策略，構建了高效的非均相催化劑用于CO2環加成反應。首先，通過理論計算預測和晶面調控獲得了(010)晶面暴露的BiOBr-(010)，(010)晶面同時具有的Lweis酸位點Bi3+和潛在親核位點的Br-為催化反應在無助催化劑條件反應提供了反應場所。隨后，巧妙將氧空位和溴空位（OVs-BrVs對）同時引入BiOBr-(010)中，構建了BiO1-xBr1-y-(010)催化劑。這里引入OVs-BrVs對不僅可以形成分別用于活化環氧化物和CO2的表面雙活性位點Bi3+-Bi(3-x)+，實現環氧化物和CO2同時活化，降低二氧化碳插入的反應能壘，而且也能進一步激活BrVs附近Br?增強其親核攻擊能力，降低環氧化物開環反應能壘。作為結果，BiO1-xBr1-y-(010)在無助催化劑以及相對溫和的條件下，環狀碳酸酯生成率超過99%，選擇性為100%，遠遠超過了大多數多相催化體系。本研究為合理操縱多相催化劑表面原子建立高活性的局部催化反應位點提供了可能，同時也為合理設計高效二氧化碳環加成反應的催化劑結構提供了一種新的思路。
該成果是近期關于二氧化碳資源化化學利用的最新進展之一。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.03.029
