离子液体具有不易挥发、液程宽、导热、导电、电化学窗口宽、溶解能力强等特点。离子液体体系中存在多种相互作用，尤其具有静电作用下的特殊氢键作用和离子微环境，因而显示出独特的物理化学性质和广阔的应用前景。 由于其广泛的结构可设计性和阴阳离子间的协同作用，离子液体在化学反应过程中既可用作溶剂，亦可用作催化剂或添加剂，为变革性技术发展提供了新的发展契机，相关基础研究和绿色技术研发是当前国际科学前沿。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所胶体界面与化学热力学院重点实验室刘志敏课题组围绕可再生/可循环碳资源的清洁高效转化，发展了一系列离子液体氢键催化的新方法、新途径，在离子液体催化反应体系方面取得了系列研究进展（Nat. Commun., 2024, 15, DOI: 10.1038/s41467-024-44892-1; Nat. Commun., 2024, 15, DOI : 10.1038/s41467-023-44604-1; Sci. Adv., 2023,9, eade7971; Acc. Chem. Res., 2021, 54, 3172-3190；Sci. Adv., 2021, 7, eabg0396; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 11850-11855），为相关绿色技术研发奠定了科学基础。 

近期，该课题组报道了一种利用卤素阴离子离子液体将聚酯类塑料解聚转化为羧酸和烃的新型通用策略（图1）。研究发现，卤素阴离子基离子液体中的阳离子与酯基中的羰基O原子形成强氢键作用而增强了卤素阴离子的亲核性，使其可直接亲核进攻酯基中的C_alkoxy原子而断裂C_alkoxy-O键。采用1-丁基-2,3-二甲基咪唑溴盐（[BMMIm]Br）与Pd/C复合催化体系，在加氢条件下可将芳香族、脂肪族聚酯及其共聚酯或聚酯混合物降解为相应的羧酸和烷烃；采用四丁基溴化膦在无外氢源和无金属条件下，可将含有β-H的聚酯直接降解成羧酸和烯烃。这一方法不仅实现了废弃聚酯资源的回收利用，也为羧酸生产提供了新途径。相关研究成果发表在Nature Communications上（DOI : 10.1038/s41467-023-44604-1），论文第一作者为博士生曾伟，通讯作者为刘志敏研究员。

图1. 卤素阴离子基离子液体催化聚酯解聚制备羧酸和烃类物质的通过策略（IL 催化剂, R=R₁=H 或 CH₃, R₂=芳基或烷基, X=卤素, m≥0, m1≥1, m2≥2. ）

胶体界面与化学热力学院重点实验室

2024年2月21日