https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.05.007

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1. 文章导读

碳酸甲乙酯（EMC）是锂离子电池电解液的主要原材料，占电解液组成的30%~35%。近年来，具有高原子经济性的碳酸二甲酯（DMC）与碳酸二乙酯（DEC）酯交换制备EMC技术受到了广泛关注。但现有催化剂存在缺陷：强酸易导致 DMC 水解，常用的醇钠碱性催化剂由于难溶于该非极性的反应体系，催化活性较差。因此，开发高效酸碱双功能催化剂成为研究重点。

福州大学邱挺教授课题组利用含有酸性位点的Zr基MOFs材料对碱性离子液体进行负载，开发出了含有酸碱双功能活性位点的非均相催化材料[DBU⁺][IM^-]@UiO-66，其在DMC与DEC酯交换合成EMC过程中表现出了高的催化活性、选择性和稳定性，为EMC高效合成领域的发展提供了技术支撑。文章发表在Green Chemical Engineering (GreenChE)，题为“Transesterification of dimethyl carbonate and diethyl carbonate over [DBU⁺][IM^-]@UiO-66: synergistic catalysis of acid-base active sites”。

2 研究亮点

●  设计并制备了新型酸碱双功能催化剂[DBU⁺][IM^-]@UiO-66，将碱性离子液体[DBU⁺][IM^-]负载于具有酸性位点的UiO-66上，实现酸碱位点协同作用。

●  阐述了酸碱协同催化机理：酸性位点活化反应物，碱性位点促进中间体形成，显著提升反应动力学和 EMC 选择性。

●  催化剂表现出优异的结构稳定性和可循环性，6 次循环后 EMC 产率仅从 62% 降至 58.9%，结构保持完整。

3 内容概述

研究首先通过溶剂热法合成含缺陷位点的 UiO-66（提供酸性位点），再通过两步法负载[DBU⁺][IM^-]离子液体（提供碱性位点），制得 [DBU⁺][IM^-]@UiO-66。XRD、FT-IR和SEM 等表征证实该催化剂结构稳定，离子液体成功负载。EPR、Zeta电位和NH₃/CO₂-TPD等表征确认该复合材料含有酸碱双功能活性位点。

图1. 基于酸碱双活性位点催化剂的酯交换合成碳酸甲乙酯示意图。

图2.（a₁）UiO-66和（a₂）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的SEM 图，（b）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的TEM 图 和 EDX图，（c₁）N₂ 吸脱附等温线、（c₂）UiO-66和[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的孔径分布，（d₁-d₄）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的XPS图谱。

图3.（a）UiO-66和[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的热重曲线，（b）UiO-66的EPR谱图，（c）不同pH溶液中UiO-66和[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的zeta电位值，（d）UiO-66 和无缺陷UiO-66的NH₃-TPD谱图，（e）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的NH₃-TPD谱图，（f）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66的CO₂-TPD谱图。

催化性能测试显示，在最佳条件下（100℃、5 h、催化剂用量 8 wt%、DMC/DEC 摩尔比为 2），EMC 产率达 62%，选择性 99.5%。机理分析表明，UiO-66 的酸性位点活化 DMC 和 DEC 的羰基，[DBU⁺][IM^-]的碱性位点促进中间体形成，二者协同加速反应。循环实验表明催化剂稳定性良好，结构未被破坏。

图4.（a）[DBU⁺][IM^-]@UiO-66 及其组分的催化性能，（b）不同[DBU⁺][IM^-]负载量的[DBU⁺][IM^-]@UiO-66在合成EMC中的催化性能比对。

4 总结与展望

针对当前DMC和DEC酯交换制备EMC过程中存在的酸性催化剂选择性低、碱性催化剂活性差，高转化率和高选择性无法兼顾等技术瓶颈，该研究成功开发出高效酸碱双功能催化剂[DBU⁺][IM^-]@UiO-66，解决了现有催化剂的缺陷，为 EMC 高效制备提供新思路。未来可进一步优化催化剂负载量和反应条件，提升产率，并拓展其在其他酯交换反应中的应用，助力锂离子电池电解液的低成本规模化生产。

5 作者简介

齐兆洋 副研究员

齐兆洋，清源创新实验室副研究员，硕士生导师，反应精馏技术福建省高校工程研究中心、绿色化工过程创新团队成员，长期从事绿色催化剂的合成、反应精馏技术研发与产业化应用、电子化学品（气、液、固）纯化等工作，主持国家自然科学基金青年项目、福建省自然科学基金面上项目、泉港区科技特派员创新创业项目和横向课题等10余项，在国内外权威期刊发表学术论文20余篇，授权发明专利20余件。

邱挺 教授

邱挺，福州大学教授，博士生导师，国家“万人计划”科技创新领军人才，磷矿及其共伴生资源绿色高效开发利用全国重点实验室副主任，享受国务院政府特殊津贴专家。主要从事催化剂制备、集成电路用超高纯电子化学品制造、化工过程强化等方面研究。主持承担了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重大研究计划培育项目、国家自然科学基金面上项目、国家科技部国际合作项目及横向开发等课题100余项，在国内外权威期刊发表学术论文210余篇，申请国家发明专利180余件，授权114件。先后开发了30余套反应精馏成套技术，并实现大规模工业化应用。相关成果“反应精馏成套开发技术及工业应用”获省部级科技进步一等奖2项。更多详情见课题组主页:https://cpi.fzu.edu.cn/。

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部

期刊简介

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子7.6，位列Q1区，最新CiteScore为15.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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