利用可再生能源进行二氧化碳高值化转化是实现“碳达峰碳中和”伟大目标的重要途径。其中，以CO₂为原料合成环状碳酸酯（可作为重要有机溶剂和电池电解液）是一条CO₂高效应用的重要路线。

　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所气体催化与分离团队和电化学环境催化团队分别从理论设计和实验验证两方面出发，设计了面向上述催化反应的高效催化剂。研究团队以Al(NO₃)₃和C₃N₄为前驱体，通过两步热解法制备了具有高含量Al单原子负载的氮掺杂多孔碳纳米片（Al-N-C，图1）。光照下，Al-N-C催化环氧化合物与CO₂的环加成反应的性能显著优于同等热效应条件下的催化性能（图2）。实验分析和理论计算表明，光照不仅能激发的Al-N-C的光热转化性能，还利于Al-N-C催化剂的光生电子向环氧化物反应物转移，从而加速环氧化合物的开环步骤（决速步，图3），实现高附加值环状碳酸酯的高效制备，具有潜在的应用价值。该工作发表在Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202103186上。

　　该工作得到了国家自然科学基金（21803074、51872306、21865039）、国家重点研究开发计划（2018YFB0704300）、宁波科技创新2025计划（2019B10046、2020Z059、2020Z107）、博新计划（BX20190340）、中国博士后科学基金（2019M660146）等项目的资助。

图1 高含量Al单原子负载的N-C催化剂

图2 Al-N-C催化剂光驱动CO₂环加成反应

图3 Al-N-C催化剂光驱动CO₂环加成反应的机理研究

中科院宁波材料所