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伴随着工业和社会的发展,全球二氧化碳的排放量日益增加。作为最主要的温室气体,大气中二氧化碳含量的增加极大加剧了“温室效应”,导致冰川融化、气候变暖和土地干涸等自然问题。人们逐渐开始认识到二氧化碳转化利用的重要性。1969年,Inoue等首次使用二乙基锌/水体系成功催化了二氧化碳和环氧丙烷的聚合。自那以后,越来越多的科学家致力于开发具有更高活性和更高选择性的催化体系。本文通过实验与理论模拟相结合的方法,考察了多种有机锌、钴催化体系和聚合条件对二氧化碳和环氧化合物聚合表现和产物特征的影响,主要内容如下：首先,本文基于实验与DFT理论模拟相结合的方法对二乙基锌/甘油/三氯乙酸钇稀土三元体系催化二氧化碳和环氧丙烷的聚合实验及机理进行了研究。研究结果表明,在二乙基锌/甘油/三氯乙酸钇稀土三元催化体系中引入相转移剂TMAF(四甲基氟化铵)可以有效提高其催化二氧化碳和环氧丙烷聚合的活性,TMAF的引入可以使二氧化碳/环氧丙烷体系更好的与非均相二乙基锌/甘油/三氯乙酸钇稀土三元催化体系互溶,使更多的催化剂活性中心暴露于反应单体中,促进了环氧丙烷/二氧化碳与催化剂活性中心的配位插入过程。在稀土三元催化体系中加入TMAF主要促进了二氧化碳的配位插入,并没有改变该催化体系的选择性,反而促进了二氧化碳和环氧丙烷聚合的链增长过程使聚合产物分子量提高。相转移剂TMAF的加入将二乙基锌/甘油/三氯乙酸钇稀土三元体系催化二氧化碳和环氧丙烷聚合的诱导期缩短近80%,这是由于TMAF的加入与稀土三元体系的金属锌活性中心相互作用,降低了金属锌活性中心的电子云密度,即提高了其缺电子性,促进了金属锌活性中心与环氧丙烷配位并使其开环的能力,因此催化剂诱导期相应大幅度缩短。通过DFT理论模拟的方法对二乙基锌/甘油/三氯乙酸钇稀土三元体系催化二氧化碳和环氧丙烷聚合初始步骤的研究结果表明,环氧丙烷的插入需要克服较高的吉布斯自由能垒,为二氧化碳和环氧丙烷聚合反应的速控步骤。二氧化碳的插入过程需克服的吉布斯自由能能垒极低,但二氧化碳插入反应的逆反应也很容易发生,因此二氧化碳和环氧丙烷聚合更倾向于在ZnEt-OR活性中心上进行链增长生成聚合物。在环状链增长机理中,随着二氧化碳和环氧丙烷的交替插入,烷氧锌环状化合物的空间位阻逐渐升高,因此二氧化碳和环氧丙烷无法克服越来越高的空间位阻继续插入形成聚合物。但环状链增长路径为副产物小分子环碳酸酯的生成提供了理论依据。该理论模拟结果与实验结果相一致。其次,本文研究了制备方法对戊二酸锌颗粒尺寸和结晶度的影响,戊二酸锌颗粒尺寸和结晶度对二氧化碳/环氧丙烷聚合的影响和戊二酸锌/六氰合钻酸锌(ZnGA/DMC)复合催化剂对二氧化碳和环氧丙烷聚合的影响。研究结果表明,在制备过程中加入非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NP-40)可以使戊二酸锌颗粒的平均体积粒径降低,平均表面粒径降低,比表面积增大,并将戊二酸锌颗粒结晶度大幅度提高。相比于传统的戊二酸锌催化剂,通过加入非离子型表面活性剂NP-40制备的具有更小颗粒尺寸和更高结晶度的戊二酸锌催化剂催化二氧化碳和环氧丙烷聚合活性更高,聚合产物中碳酸酯链节含量仍保持极高水平,且聚合产物的分子量较高,热稳定性好。通过焙烧法制备的ZnGA/DMC复合催化剂可以将其催化二氧化碳和环氧丙烷聚合的活性进一步提高,且聚合物中碳酸酯链节含量大于97.7%,聚合物具有较高分子量聚合产物也同样具有较好的热稳定性。相比于ZnGA/DMC物理共混催化体系,ZnGA/DMC复合催化剂既表现出了DMC催化剂高聚合活性的特点,也表现出了戊二酸锌催化剂可以得到高碳酸酯链节含量、高分子量和热稳定性好的聚合产物的特点。通过对产物的表征可知,聚合产物中碳酸酯链节含量很高(≈99.9%),说明聚合物为接近完美的二氧化碳和环氧丙烷交替共聚产物聚碳酸亚丙酯。最后,本文基于超临界方法对六氰合钴酸锌/水杨醛亚胺合钴(DMC/salen-Co(Ⅲ)醋酸盐二元体系催化二氧化碳和环氧环已烷的聚合进行了研究。研究结果表明,超临界二氧化碳促进了聚合体系中的传质传热,DMC/salen-Co(Ⅲ)醋酸盐二元体系催化二氧化碳和环氧环已烷聚合的活性得到了大幅度提高。超临界二氧化碳的引入提高了二元催化剂的选择性和聚合物中碳酸酯链节含量,且聚合产物的热稳定性变化趋势与聚合物中碳酸酯链节含量变化趋势一致。此外,超临界二氧化碳也提高了聚合产物的分子量,得到了具有高分子量和窄分子量分布的聚碳酸环已酯(PCHC),且聚合物的分子量和分子量分布不受聚合反应温度和时间的影响。但是得到的交替共聚产物PCHC中有等规和间规两种立构构型,说明超临界二氧化碳无法控制聚合产物PCHC的立构选择性。DMC/salen-Co(Ⅲ)醋酸盐二元催化体系的使用大大缩短了其催化二氧化碳和环氧环已烷聚合过程的催化诱导期。在传统的聚合产物的纯化过程中,甲醇等有机溶剂的使用对于环境是有害的,因此超临界二氧化碳纯化聚合产物的方法具有其潜在的应用价值。通过超临界二氧化碳冲洗实验表明,该方法可以有效的对聚合产物进行原位纯化,且只需要进行简单的泄压过程就可以将DMC/salen-Co(Ⅲ)醋酸盐二元体系催化剂进行回收。