大阪市立大学人工光合成研究中心的田村正纯副教授、东北大学研究生院工学研究科的冨重圭一教授、日本制铁公司先端技术研究所的中尾宪治课长等人组成的研究团队，全球首次成功开发出了可以在不使用脱水剂的情况下利用常压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艺。该研究团队研究发现，通过使用氧化铈催化剂，能以高收率和高选择性合成脂肪族聚碳酸酯二醇。相关研究成果已经发表在《Green Chemistry》上。
供图：大阪市立大学
全球变暖引起的气候变化和自然灾害等问题越来越明显，减少碳排放已经成为国际共识。以二氧化碳为原料制备工业化学品作为一类固碳技术，在近年来备受关注。然而，二氧化碳的化学性质非常稳定，活化二氧化碳的关键在于高效催化剂及催化工艺的设计与开发。
二氧化碳转化技术有在不改变碳原子化合价的情况下进行的非还原性转化。如果能让醇或者二元醇与二氧化碳成功发生反应，就可以制备用途广泛的化学品——有机碳酸酯与脂肪族聚碳酸酯。在传统工艺中，有机碳酸酯类化合物主要依靠使用光气和一氧化碳等有毒化工原料合成，因此亟需开发能够取代这些工艺的生态友好型技术。
将二氧化碳转化为聚合物的方法被认为更加适合于其长期固定化。然而通过二氧化碳与二元醇合成聚碳酸酯的反应在一般条件下无法直接进行，在不除去副产物水的条件下，几乎无法获得目标产物——聚碳酸酯（产率低于1％）。
作为利用二氧化碳和二元醇直接聚合的例子，此前报告过以腈为有机脱水剂，以氧化铈为催化剂的催化反应，但这种反应需要使用高压二氧化碳，而且脱水剂的回收和再生也是问题。此外还存在脱水剂腈与原料二元醇和产物发生反应生成的副产物混入其中的问题，因此需要开发不使用脱水剂的催化工艺。
作为不使用脱水剂的除水法，研究团队着眼于生成物和二元醇与水的沸点差，构想通过吹入常压二氧化碳促进副产物水的蒸发，达到合成聚碳酸酯的目标。在实验中，研究团队以氧化铈为催化剂，通过向1,6-己二醇的三甘醇二甲醚溶液中吹入常压二氧化碳，使两者在210℃的温度下发生反应，以92％的收率生成了聚碳酸酯二醇，同时蒸发去除了副产物水。这是一个非常简单的催化反应系统。
供图：大阪市立大学
该技术被认为可以用于沸点远高于水的基质，还有望用来合成作为锂离子电池添加剂和高聚物合成原料所使用的有机碳酸酯、氨基甲酸酯和尿素等。通过确立利用二氧化碳合成各种化学品的合成路径，将有助于实现二氧化碳化学固定的催化工艺。
田村副教授表示：“削减碳排放是全球性课题，二氧化碳的化学固定化被认为是有效方法之一。此次研究成功开发出了可以将常压二氧化碳直接转化为聚合物的新型非均相催化工艺。利用氧化铈作为催化剂，二氧化碳与二元醇，能在不使用脱水剂的情况下发生反应生成可作为化学品或化学品原料使用的聚碳酸酯二醇。今后将以工业化为目标，继续改良催化剂和催化工艺。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
