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来源：CBG资讯
导语： 玉女心经，出自金庸小说《神雕侠侣》，由林朝英创造，是终南山下活死人墓至高绝学，也是天下最快的轻功，由杨过和小龙女共同修习后习得。《玉女心经》须得二人同练，互为辅助。在化学反应中，双金属间的协同效应可以极大程度降低反应活化能，实现1+1>2的显著效果。
一、研究背景
二、研究内容
近几十年来，CO2与环氧烷烃交替共聚制备聚碳酸酯的研究愈发受到研究者们的重视，其原因在于：1）共聚产物聚碳酸酯是一种可自然降解的聚合物材料，具有环境友好的特点；2）共聚过程可以实现大规模转化CO2，以缓解日益严峻的环境问题。在共聚反应过程中，催化剂扮演着重要的角色，其决定着催化转化的反应速度、产物的选择性、聚合物分子量、CO2吸收量等等。寻求高转化率低副产的催化剂是研究者们的终极追求。
二、研究内容
近日，英国牛津大学Charlotte Williams教授利用异核双金属催化体系的协同效应实现了环氧烷烃与CO2的高活性聚合反应（1 bar下，TOF=1205 h-1；20 bar下，TOF>12000 h-1）,相关研究工作发表于Nat. Chem.上（DOI: 10.1038/s41557-020-0450-3）。
为了深入探究MgCo催化剂的作用机理，作者利用原位红外进行了动力学研究。MgCo催化剂呈现二级反应动力学，反应速率与催化剂浓度和环氧烷烃浓度相关，与CO2浓度无关。根据动力学研究，作者对反应机理进行了推测：MgCo配合物的一个平面由乙酸根配位两个金属，而在另一个平面上实现聚合反应。在反应过程中，Mg中心活化环氧烷烃，Co中心活化CO2并连结碳酸根离子；聚合反应中，碳酸根进攻被Mg中心活化的环氧烷烃，得到Mg-烷氧离子；而后发生穿梭，烷氧连接Co中心，空出的Mg继续活化环氧烷烃。因此，在反应过程中，每生成一个碳酸酯单元会在同一催化剂上发生两次链转移过程。此外，这种催化剂对多种惰性的环氧烷烃，如环氧环戊烷等也具有很好的活性。
（图片来源：Nat. Chem.）
三、研究方法 在之前的研究中，作者曾利用下图所示配体合成同核双金属ZnZn和MgMg催化剂，用以催化环氧烷烃与CO2的交替共聚反应。之后，他们又尝试制备出异核双金属催化剂ZnMg催化剂用于同样的反应，结果发现，异核双金属催化剂展现出优异的催化活性。对其反应机理的研究显示异核双金属催化剂具有明显的协同效应。
（图片来源：Nat. Chem.）
在本文中，作者合成了异核双金属MgCo催化剂，其在催化环氧环己烷与CO2的交替共聚反应过程中，具有超高的反应活性：在1 bar CO2压力下，TOF=1205 h-1；而在20 bar下，TOF>12000 h-1。并且该催化剂展现出惊人的反应速率，其反应速率为MgZn催化剂的4倍。为了深入探究MgCo催化剂的作用机理，作者利用原位红外进行了动力学研究。MgCo催化剂呈现二级反应动力学，反应速率与催化剂浓度和环氧烷烃浓度相关，与CO2浓度无关。根据动力学研究，作者对反应机理进行了推测：MgCo配合物的一个平面由乙酸根配位两个金属，而在另一个平面上实现聚合反应。在反应过程中，Mg中心活化环氧烷烃，Co中心活化CO2并连结碳酸根离子；聚合反应中，碳酸根进攻被Mg中心活化的环氧烷烃，得到Mg-烷氧离子；而后发生穿梭，烷氧连接Co中心，空出的Mg继续活化环氧烷烃。因此，在反应过程中，每生成一个碳酸酯单元会在同一催化剂上发生两次链转移过程。此外，这种催化剂对多种惰性的环氧烷烃，如环氧环戊烷等也具有很好的活性。
（图片来源：Nat. Chem.）
由于Williams教授出色的研究成果，大连理工大学“长江学者”特聘教授吕小兵老师在同期Nat. Chem.上以《Partners in catalysis》为题发表了评述。他认为这种异核双金属配合物对CO2与环氧烷烃共聚反应所展现出的协同效应是罕见的且具有重要的研究价值，其为以后催化剂的设计开辟了一条新路。
（图片来源：Nat. Chem.）
四、研究结论
Charlotte Williams教授利用异核双金属催化体系的协同效应实现了环氧烷烃与CO2的高活性聚合反应。
来源：BeanGoNews CBG资讯
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