近日，我校化科院谢兰贵教授课题组与兰亚乾教授团队合作，在光催化二氧化碳还原与转化利用方面取得重要进展，成功实现了串联二氧化碳光还原产物应用于有机卤代物的羰基化反应。相关成果以”Tandem utilization of CO2photoreduction products for the carbonylation of aryl iodides”为题在线发表在Nature Communications《自然•通讯》上（Nat. Commun. 2022, 13, 2964,https://doi.org/10.1038/s41467-022-30676-y）。
论文第一作者为我校化科院2020级博士研究生夏远胜同学，刘江副教授、谢兰贵教授和兰亚乾教授为该论文的通讯作者，我校为第一通讯单位。
光催化CO2还原反应技术被认为是目前实现碳中和研究领域最具前景的方法之一。在过去几十年中，光催化CO2还原反应已经经历了快速的发展并取得了许多重要成就。但是，目前光催化CO2还原反应依旧存在以下问题：1）CO2的主要还原产物具有较低的使用价值（大部分为CO、HCOOH等）；2）还原产物具有低的产量；3）光催化反应不彻底，产物分离成本较高且困难。这些问题极大影响了光催化CO2还原产物后续应用。本文通过串联转化技术将低使用价值和低浓度的光催化CO2还原产物再转化为高附加值的成熟化学品，为光催化CO2还原反应提供一种走向应用的可行性策略。
论文在MOF基晶态材料作为光催化剂实现CO2到CO的光催化定向转化的基础上，选择了兼容的反应体系和反应装置，建立了光催化还原CO2反应和羰基化反应的串联催化反应体系。该工作将CO2光催化反应与钯催化的羰基化反应进行有效串联，实现了CO2到CO再到酰胺化合物（重要的药物分子和高附加值精细化学品）的绿色、安全以及高效转化。我们注入的同位素13CO2气体可以通过串联的氨基羰基化反应生成被13C同位素成功标记的酰胺化合物。同时还尝试串联了其他不同的羰基化反应，如苯氧羰基化、烷氧羰基化以及羰基化Suzuki偶联反应。通过改变串联系统中羰基化反应的条件,建立了光催化CO2RR和不同类型的羰基化串联反应，实现了CO2到CO到C-N/C-C/C-O键的形成，进一步扩展了串联反应的实际应用。
图2.光催化CO2还原与钯催化羰基化反应的串联反应历程
对于CO2还原产物的串联转化是未来研究的一个潜在方向。我们通过将光催化CO2RR和催化羰基化反应串联起来，成功地实现了光催化低值产物CO向高附加值且易分离的精细有机化学品的再转化。这种串联反应策略显示出很高的转化率和在精细化学品合成中的应用潜力，不仅实现了低值/温室气体CO2到高价值的药物相关分子的直接转化，而且为光催化CO2还原产物的价值再升级以及后续分离应用开辟了新的研究思路。