近日，我校化科院謝蘭貴教授課題組與蘭亞乾教授團隊合作，在光催化二氧化碳還原與轉化利用方面取得重要進展，成功實現了串聯二氧化碳光還原產物應用于有機鹵代物的羰基化反應。相關成果以”Tandem utilization of CO₂photoreduction products for the carbonylation of aryl iodides”為題在線發表在Nature Communications《自然•通訊》上（Nat. Commun. 2022, 13, 2964,https://doi.org/10.1038/s41467-022-30676-y）。

論文第一作者為我校化科院2020級博士研究生夏遠勝同學，劉江副教授、謝蘭貴教授和蘭亞乾教授為該論文的通訊作者，我校為第一通訊單位。

光催化CO₂還原反應技術被認為是目前實現碳中和研究領域最具前景的方法之一。在過去幾十年中，光催化CO₂還原反應已經經歷了快速的發展并取得了許多重要成就。但是，目前光催化CO₂還原反應依舊存在以下問題：1）CO₂的主要還原產物具有較低的使用價值（大部分為CO、HCOOH等）；2）還原產物具有低的產量；3）光催化反應不徹底，產物分離成本較高且困難。這些問題極大影響了光催化CO₂還原產物后續應用。本文通過串聯轉化技術將低使用價值和低濃度的光催化CO₂還原產物再轉化為高附加值的成熟化學品，為光催化CO₂還原反應提供一種走向應用的可行性策略。

圖1.光催化CO₂RR和羰基化反應的串聯耦合。

論文在MOF基晶態材料作為光催化劑實現CO₂到CO的光催化定向轉化的基礎上，選擇了兼容的反應體系和反應裝置，建立了光催化還原CO₂反應和羰基化反應的串聯催化反應體系。該工作將CO₂光催化反應與鈀催化的羰基化反應進行有效串聯，實現了CO₂到CO再到酰胺化合物（重要的藥物分子和高附加值精細化學品）的綠色、安全以及高效轉化。我們注入的同位素¹³CO₂氣體可以通過串聯的氨基羰基化反應生成被¹³C同位素成功標記的酰胺化合物。同時還嘗試串聯了其他不同的羰基化反應，如苯氧羰基化、烷氧羰基化以及羰基化Suzuki偶聯反應。通過改變串聯系統中羰基化反應的條件,建立了光催化CO₂RR和不同類型的羰基化串聯反應，實現了CO₂到CO到C-N/C-C/C-O鍵的形成，進一步擴展了串聯反應的實際應用。

圖2.光催化CO₂還原與鈀催化羰基化反應的串聯反應歷程

對于CO₂還原產物的串聯轉化是未來研究的一個潛在方向。我們通過將光催化CO₂RR和催化羰基化反應串聯起來，成功地實現了光催化低值產物CO向高附加值且易分離的精細有機化學品的再轉化。這種串聯反應策略顯示出很高的轉化率和在精細化學品合成中的應用潛力，不僅實現了低值/溫室氣體CO₂到高價值的藥物相關分子的直接轉化，而且為光催化CO₂還原產物的價值再升級以及后續分離應用開辟了新的研究思路。