固定空气中二氧化碳构筑碳酸根桥联金属笼形化合物

2022年8月18日，科技部等九部门联合印发了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》。方案中明确指出科技创新是同时实现经济社会发展和碳达峰碳中和的关键。双碳方案中，控制CO2的排放量是重中之重。CO2是自然界中最丰富的C1构筑模块。它被光合作用生物转化为碳水化合物，并在生物矿化过程中，以金属碳酸盐的形式积累在海洋生物的外壳中。这些转化的规模与金属碳酸盐在环境中的相对稳定性，使得CO2成为碳循环中的关键角色。从房地产、冶金、陶瓷、玻璃、光学到医药领域，金属碳酸盐都得到了广泛应用。

近20年来，随着对纳米新材料的需求和对生物矿化过程的深入研究，使得研究人员的注意力逐渐转向了分子或纳米金属碳酸盐在材料化学中的应用，并为复杂的无机纳米材料提供新颖的合成路径。碳酸根是非常有吸引力的模板阴离子。到目前为止，它最多可以连接9个金属中心，这导致了变化繁多的几何结构，以及特殊的物理性质。

虽然CO2在金属催化体系中被广泛用于合成-具有实际应用的有机化合物。但是基于固定空气中CO2的金属碳酸盐功能材料的合理构建却很少被探索。“妙手偶得”成为形成机理常用的解释。我们研究小组在固定空气中CO2领域，一方面是将其封装在多核金属笼形化合物中。另一方面是利用CO32-作为大环或闭合多面体金属体系的构筑模块。

图1源于固定大气中CO2的连续碳酸根桥联酰腙镝簇

最近，我们设计了两种含有吡嗪基团的单元酰腙双核稀土预制构件，成功组装出四例碳酸根桥联的稀土配合物（图1）。值得关注的是，与其他自发固定大气二氧化碳体系相比，该组装涉及连续的自发固定1、2、3、4个CO2分子转变成CO32-桥联配体，进而连接不同数目的双核稀土预制构件。碳酸根配体在四种特异性拓扑结构的侧面位置展现了丰富的配位模式，能够桥联2-8个稀土金属中心，并最终决定不同预制构件之间的排布方式。

图2源于固定大气中CO2的连续碳酸根桥联酰腙镝簇的磁弛豫的转变

交流磁化率表明四种有序碳酸根桥联的配合物均具有分子磁体的磁弛豫行为，表现出从多重到单一磁弛豫的逐渐演变（图2）。该工作描述的固定大气中二氧化碳，用于模块化设计组装碳酸根桥联的稀土分子磁性材料，不仅实现了温和条件下有效的固定二氧化碳，同时具有重要的合成应用价值和减弱温室气体效应的作用。

导师简介

田海权，博士，副教授，硕士研究生导师。研究兴趣：晶态无机-有机杂化材料的组装与单分子自旋电子学。迄今为止，以第一作者和第一通讯作者在Chemical Science (1篇)、Chemical Communications (3篇)、Chemistry –A European Journal (3篇)、Inorganic Chemistry (1篇)、Crystal Growth Design (1篇) 、Dalton Transactions (3篇)、CrystEngComm (1篇)、 European Journal of Inorganic Chemistry (1篇)、New Journal of Chemistry (1篇)、化学学报(1篇)等国际期刊上发表相关文章。主持国家自然科学基金（1项）、山东省自然科学基金（1项）、聊城大学自然科学基金（1项）。以首位获得2020年度聊城大学科学技术奖-自然科学二等奖。

招生专业：无机化学