DOI：10.1016/S1872-2067(25)64739-5

近日，《催化学报》在线发表了中国科学院兰州化学物理研究所何林研究员团队与武汉大学庄林教授、西安科技大学罗振敏教授团队在CO₂利用领域的最新研究成果。该工作报道了一种CO₂基C4双酯（琥珀酸二甲酯、富马酸酯和马来酸酯）的安全合成策略。论文共同第一作者为：曹彦伟、曲芸豪、苏彬；共同通讯作者为：王功伟、罗振敏、庄林、何林。

将CO₂转化为高附加值化学品是实现低碳循环经济以及双碳目标的重要途径。其中，利用可再生电能将CO₂转化为燃料或者化学品是一条关键的技术路线。然而，目前CO₂电还原的产物主要集中在C1或C2, 尚未实现多碳产物的高选择性构建, 尤其是单一多碳产物的高选择性制备。鉴于CO₂还原为CO具有较为成熟的技术积累以及羰基化反应可以高选择性构建单一多碳产物，可以通过将CO₂还原与羰基化反应相耦合来实现CO₂的高值化利用。

本文报道了一种CO₂全利用策略, 该策略将CO₂-H₂O共电解生成的CO/O₂作为原料，与乙烯/乙炔的氧化双羰基化合成CO₂基C4双酯类化合物，如丁二酸二甲酯、富马酸二甲酯和马来酸二甲酯等，这类化合物在可降解聚合物(聚丁二酸二丁酯)、增塑剂、溶剂、表面活性剂、有机合成中间体等多个领域内有着广泛的用途。与传统的烯/炔烃羰基化相比较，烯/炔烃氧化羰基化能够同时插入两个羰基，生成更有价值的化学品。此外，尚未电解的CO₂可作为气体抑爆剂，可消除或降低乙烯/乙炔氧化双羰基化反应过程中潜在的爆炸风险。

图1 论文中出现的Scheme 1

图2 论文中出现的Figure 1

要点：

在400 mA/cm²的工业规模电流密度下，CO₂-H₂O共电解过程表现出优异的CO/O₂选择性以及稳定性，实现高浓度的CO/O₂生成。反应性能超过大部分目前已报道的文献结果。

图3 论文中出现的Figure 3

要点：

CO₂-H₂O共电解产生的高浓度CO/O₂混合气流可直接用于乙烯/乙炔氧化双羰基化反应。未还原的CO₂以及体系中少量H₂在反应过程中不仅不会影响乙烯/乙炔氧化双羰基化反应的活性或者选择性。

图4 论文中出现的Figure 2

要点：

为了凸显出CO₂可作为氧化羰基化反应中的气体抑爆剂，系统性地研究了在不同浓度的CO₂对反应气体(CO/O₂, C₂H₄/CO/O₂和C₂H₂/CO/O₂)的抑爆效果。结果表明，添加65%的CO₂后，能够完全消除CO/O₂混合气体的爆炸风险；添加60%的CO₂后，能够完全消除C₂H₄/CO/O₂混合气体的爆炸风险，添加约70%的CO₂后，能够完全消除C₂H₂/CO/O₂混合气体的爆炸风险。五角星点对应的是本文中实际的气体浓度，表明CO₂-H₂O共电解中未还原的CO₂能够显著降低或消除氧化羰基化反应的爆炸风险。

全文小结

本文不仅为氧化羰基化反应构建了一个本质安全的方案，还为CO₂可持续利用开辟了一条新途径, 包括CO替代品和化学抑爆剂。除此之外，本文可为其他具有潜在爆炸风险的催化反应过程提供新的研究思路。