《镍(0)/膦催化CO2与环己烯共聚制备可降解长链聚酯》

  • 来源专题:宁夏重点产业信息监测
  • 编译者: 闫云山
  • 发布时间:2025-12-02
  • 镍(0)/膦催化CO2与环己烯共聚制备可降解长链聚酯 作者:小柯机器人 发布时间:2025/11/28 17:26:22 近日,北京大学唐小燕团队报道了镍(0)/膦催化CO2与环己烯共聚制备可降解长链聚酯。相关论文于2025年11月27日发表在《美国化学会志》上。 开发高效策略以实现二氧化碳(CO2)与不饱和烃单体(如烯烃)共聚制备CO2基聚酯具有重要意义,但由于热力学和动力学障碍,该领域仍面临挑战。 研究组首次证实丙二烯类化合物(特别是环己基丙二烯/CA)可作为高效共聚单体,与CO2进行一锅法共聚。采用镍(0)-双齿二芳基膦配合物催化体系,研究组通过氧化加成、配位-插入与还原消除的经典反应序列,实现了CA与CO2的统计共聚,成功制备出具有宽间距酯键结构的长链聚酯P(CA-co-CO2)。通过对膦配体和溶剂的系统调控,发现其在促进CO2插入Ni-C键及后续丙二烯插入Ni-O键的过程中起关键作用,从而驱动高效链增长。值得注意的是,与丙二烯均聚物相比,在聚合物骨架中引入少量CO2可在保持高热稳定性和玻璃化转变温度的同时,显著增强P(CA-co-CO2)的可降解性能。 附:英文原文 Title: Nickel(0)/Phosphine-Catalyzed Copolymerization of CO2 and Cyclohexylallene to Degradable Long-Chain Polyesters Author: Xi Liao, Xiaoyan Tang Issue&Volume: November 27, 2025 Abstract: Developing efficient strategies to copolymerize carbon dioxide (CO2) with unsaturated hydrocarbon monomers, such as olefins, to produce CO2-based polyesters is highly desirable but remains challenging owing to thermodynamic and kinetic barriers. Herein, we demonstrate that allenes, specifically cyclohexylallene (CA), serve as effective comonomers for one-pot copolymerization with CO2. Using a nickel(0)–bidentate diarylphosphine complex, we achieve the statistical copolymerization of CA and CO2 to deliver long-chain polyester P(CA-co-CO2) with widely spaced ester linkages, via a classical sequence of oxidative addition, coordination–insertion, and reductive elimination. Systematic tuning of both phosphine ligand and solvent reveals their crucial roles in facilitating CO2 insertion into the Ni–C bond and subsequent allene insertion into the Ni–O bond, thereby driving efficient chain propagation. Notably, incorporation of a small amount of CO2 into the polymer backbone enhances the degradability of P(CA-co-CO2) while preserving its high thermal stability and glass-transition temperature, compared with the allene homopolymer. DOI: 10.1021/jacs.5c14970 Source: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5c14970
  • 原文来源:https://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2025/11/2025112817262261143284.shtm
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-03-14
    • 由不可降解塑料造成的“白色污染”已经蔓延到地球上的每一个角落。据报道,全世界每年使用的塑料袋数量多达5万亿个,如果将它们并排展开,可以覆盖相当于2个法国的面积。然而迄今为止,世界上生产的90亿吨塑料中,只有9%被回收利用,剩余的都被扔进了填埋场、垃圾场或自然环境中。发展生物基生物可降解材料,不仅可以从根本上解决“白色污染”问题,还可以减少材料产业对石油的消耗,缓解石化资源压力。石油基PBAT聚酯在可降解农用地膜、包装、塑料袋等领域有较好的应用,但其阻隔性能差、抗撕裂强度低、强度模量不足的缺陷限制其进一步发展。呋喃二甲酸基聚酯因含有呋喃环结构而展示出优异的阻隔、力学、耐热等性能被认为是最有发展前景的生物基芳香聚酯。近期,中国科学院宁波材料所生物基高分子团队的张若愚研究员与朱锦研究员以呋喃二甲酸基聚酯为基体,通过引入短链二元酸、乳酸、聚乙二醇等一系列可降解结构,在探索呋喃基共聚酯阻隔、力学、结晶、降解等性能与结构组成关系方面进行多种尝试和探究,取得了系列研究进展,为制备新型高阻隔生物可降解聚酯材料提供了新的方法和途径。   1.通过引入短链二元脂肪酸实现高阻隔可降解材料的制备   高分子材料较高的链段刚性以及较小的自由体积是确保其具有优异阻隔性能的结构基础。研究人员利用丁二酸(DMS)、丙二醇(PDO)以及呋喃二甲酸(FDCA)制备了具有潜在纺丝、包装等用途的共聚酯PPSF,其CO2和O2阻隔性能分别达到PBAT的10倍及20倍以上(European Polymer Journal 2018, 102, 101-110.)。更进一步,团队利用DMS\新戊二醇(NPG)以及FDCA制备了综合性能非常优异的共聚酯PNSF。这种共聚酯具有非常有趣的性质,即在很宽的组成范围内,其阻隔性能基本维持不变,这种性质也被称为智能阻隔性(Smart Barrier Property),如图1a(ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019, 7, (4), 4255-4265.)。本团队把二氧化碳来源的碳酸二甲酯(DMC)、丁二醇(BDO)、FDCA进行共聚,得到了降解性能良好且相结构均一的共聚物PBCF,如图1b。这种共聚物的特点是其机械性能可以通过热处理,在一个较大范围内进行调节,如图1c(ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018, 6, (6), 7488-7498.)。此外,利用环己二甲酸(CHDA)、BDO以及DMC合成了具有较强结晶能力和快速降解的PBCCE共聚酯(Polymer Chemistry 2019, DOI: 10.1039/C9PY00083F),拓展了生物可降解材料在组织工程领域的潜在应用。   2.通过引入羟基脂肪酸大幅提升芳香族聚酯的降解性能   聚乳酸(PLA)是近年来生物基、生物可降解领域研究比较热门的绿色高分子材料。乳酸作为PLA的组成单元,可以在酶催化及水解条件下发生水解,实现聚合物链段的断裂,最终实现材料降解。本团队合成含有乳酸(LA)链段的可降解共聚酯PBFLA。并且发现这种共聚酯在乳酸含量超过20%即可发生明显的水解行为。PBFLA共聚酯弹性模量超过1GPa,拉伸强度超过40MPa,断裂伸长率超过230%,具有超过大多数降解材料的强度模量,45倍于聚乳酸的拉伸韧性,如图2。此外,由于含有LA链段,这种共聚酯有望用于与PLA的共混,以制备综合性能优异的共混合金。(Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, (32), 11020-11030.)。   3.通过引入聚乙二醇提升水解能力,有望用于海水降解材料   亲水性聚乙二醇(PEG)有助于提升共聚酯水解性能。本团队通过系统调控PEG分子量、质量分数等方式,发现PEG质量分数在40%以上能发生明显的中性水解行为,质量分数在20%以上发生碱性水解行为,并且发现共聚物的相分离状态可以由PEG的分子量进行调控,如图3(European Polymer Journal 2018, 106, 42-52.)。制备的聚醚酯弹性体模量均可超过100MPa,拉伸强度超过30MPa,断裂伸长率可达到500%以上,是一种力学性能优异的可降解聚醚酯弹性体材料。   以上工作得到了国家自然科学基金委(51773218),中国科学院青促会(2018338)以及科技部重点研发计划(2017YFB0303000)等项目的支持。此外,上海同步辐射光源16B线站的诸位老师在SAXS/WAXS的测试上也给予了很大的帮助。
  • 《固载离子液体催化CO2转化制备DMC/EG绿色工艺通过鉴定》

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    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-06-11
    • 由中国科学院过程工程研究所离子液体与绿色工程团队历时十五年持续研发,并于2014年与江苏奥克化学有限公司签约合作完成的“固载离子液体催化二氧化碳转化制备碳酸二甲酯/乙二醇(DMC/EG)绿色工艺”项目通过了由中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。会议由中国石油和化学工业联合会副秘书长胡迁林主持,中国石油和化学工业联合会三届理事会会长李勇武出席会议并作讲话,江苏奥克化学有限公司朱建民董事长及中国科学院过程工程所张锁江院士出席会议并作报告。    本次鉴定委员会由以石油化工科学研究院何鸣元院士担任主任委员,清华大学费维扬院士和中国科学院化学研究所韩布兴院士担任副主任委员的9位委员组成。鉴定委员会专家一致认为,该技术成果属于世界首创,国际领先,是绿色工程与绿色化学应用的成功范例,为二氧化碳资源化利用、现有乙二醇工艺节能及延伸环氧乙烷产业链开辟了新途径。    该项技术成果利用乙烯氧化制环氧乙烷排放的二氧化碳废气为原料,与环氧乙烷在离子液体催化剂的作用下,通过羰基化反应生成碳酸乙烯酯,然后碳酸乙烯酯再与甲醇反应生产碳酸二甲酯和乙二醇。研究开发了固载离子液体催化二氧化碳转化制备碳酸二甲酯/乙二醇绿色工艺,实现了原子经济性反应和二氧化碳温和转化,突破了现有碳酸二甲酯和乙二醇工艺能耗高、效率低、污水难处理的难题;发明了固载离子液体催化剂,具有环氧乙烷单程转化率高、原料适应性强、催化剂无需分离等优势,并实现量产工业化示范应用;攻克了羰基化反应器气液均匀分布等关键技术,创新开发了万吨级固载离子液体气液固三相列管式反应器;研究开发了醇解反应-变压共沸精馏耦合过程强化技术,创新实现了全系统热网络优化集成,大幅降低了能耗、显著提高了经济性、减少了设备投资;形成了具有自主知识产权的成套技术专利成果。由辽宁省石油化工规划设计院有限公司设计,江苏奥克化学有限公司采用该技术建成了万吨级工业化示范装置并实现了稳定运行,碳酸二甲酯品质达到电池级标准,乙二醇品质优于国家标准。    碳酸二甲酯是重要的基础原料,被誉为21世纪绿色化学的“新基石”。近年来,随着动力锂电池和聚碳等相关行业的快速发展,对碳酸二甲酯的需求持续快速增长,亟待开发清洁高效的生产技术。乙二醇是战略性大宗化工原料,主要用于生产聚酯纤维和树脂等,我国2017年需求量超1400万吨,对外依存度高于60%。但伴随着煤基乙二醇工艺的快速发展,环氧乙烷水合生产乙二醇工艺面临竞争压力。环氧乙烷与二氧化碳为原料生产碳酸二甲酯联产乙二醇,开辟了一条兼具经济和社会效益的新途径,符合我国当前产业布局要求,具有广阔的推广应用前景。