大阪市立大學人工光合成研究中心的田村正純副教授、東北大學研究生院工學研究科的冨重圭一教授、日本製鐵公司先端技術研究所的中尾憲治課長等人組成的研究團隊，全球首次成功開發出了可以在不使用脫水劑的情況下利用常壓二氧化碳和二元醇直接合成脂肪族聚碳酸酯二醇的催化工藝。該研究團隊研究發現，透過使用氧化鈰觸媒，能以高產率和高選擇性合成脂肪族聚碳酸酯二醇。相關研究成果已經發表在《Green Chemistry》上。
供圖：大阪市立大學
全球暖化引起的氣候變遷和天然災害等問題越來越明顯，減量碳排放已經成爲國際共識。以二氧化碳爲原料製備工業化學品作爲一類固碳技術，在近年來備受關注。然而，二氧化碳的化學性質非常穩定，活化二氧化碳的關鍵在於高效觸媒及催化工藝的設計與開發。
二氧化碳轉化技術有在不改變碳原子化合價的情況下進行的非還原性轉化。如果能讓醇或者二元醇與二氧化碳成功發生反應，就可以製備用途廣泛的化學品——有機碳酸酯與脂肪族聚碳酸酯。在傳統工藝中，有機碳酸酯類化合物主要依靠使用光氣和一氧化碳等有毒化工原料合成，因此亟需開發能夠取代這些工藝的生態友好型技術。
將二氧化碳轉化爲聚合體的方法被認爲更加適合於其長期固定化。然而透過二氧化碳與二元醇合成聚碳酸酯的反應在一般條件下無法直接進行，在不除去副產物水的條件下，幾乎無法獲得目標產物——聚碳酸酯（產率低於1％）。
作爲利用二氧化碳和二元醇直接聚合的例子，此前報告過以腈爲有機脫水劑，以氧化鈰爲觸媒的催化反應，但這種反應需求使用高壓二氧化碳，而且脫水劑的回收和再生也是問題。此外還存在脫水劑腈與原料二元醇和產物發生反應生成的副產物混入其中的問題，因此需要開發不使用脫水劑的催化工藝。
作爲不使用脫水劑的除水法，研究團隊着眼於生成物和二元醇與水的沸點差，構想透過吹入常壓二氧化碳促進副產物水的蒸發，達到合成聚碳酸酯的目標。在實驗中，研究團隊以氧化鈰爲觸媒，透過向1,6-己二醇的三甘醇甲醚溶液中吹入常壓二氧化碳，使兩者在210℃的溫度下發生反應，以92％的產率生成了聚碳酸酯二醇，同時蒸發去除了副產物水。這是一個非常簡單的催化反應系統。
供圖：大阪市立大學
該技術被認爲可以用於沸點遠高於水的基質，還有望用來合成作爲鋰離子電池添加劑和高聚物合成原料所使用的有機碳酸酯、胺基甲酸酯和尿素等。透過確立利用二氧化碳合成各種化學品的合成路徑，將有助於實施二氧化碳化學固定的催化工藝。
田村副教授表示：「削減碳排放是全球性課題，二氧化碳的化學固定化被認爲是有效方法之一。此次研究成功開發出了可以將常壓二氧化碳直接轉化爲聚合體的新型非均相催化工藝。利用氧化鈰作爲觸媒，二氧化碳與二元醇，能在不使用脫水劑的情況下發生反應生成可作爲化學品或化學品原料使用的聚碳酸酯二醇。今後將以工業化爲目標，繼續操作改良觸媒和催化工藝。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
