二氧化碳（CO2）作为一种典型的温室气体,其浓度增加导致产生温室效应使全球气候变暖,并且由此引发一系列的自然灾害。通过CO2环加成反应与Knoevenagel缩合反应是缓解环境问题和提高能源利用率的有效手段之一。由于分子型催化剂与单原子催化剂的活性中心均一,易于确立催化剂与反应底物的吸附关系,在碳中和催化转化材料设计方面引起了广泛的关注,其他催化体系由于尺寸效应、载体效应、表界面效应等诸多影响因素使反应活性中心难以确认,给催化机理的研究带来了困难。所以,分子型催化剂与单原子催化剂更能有效帮助理解催化反应的机制。但是这两种催化剂在稳定性上存在一些问题。因此,本文通过改变活性中心的微环境（近程和远程）增强催化剂的稳定性与催化活性。主要策略是采用配体调控和改变金属位点合成低维分子型催化剂、利用金属-载体电子强相互作用合成单原子催化剂。实验结果证明这些策略可以明显提高Knoevenagel缩合反应与CO2环加成反应的催化性能。本文取得的具体成果如下:（1）探究了分子型催化剂活性位点微环境的改变对Knoevenagel缩合反应与CO2环加成反应催化性能的影响。通过配体调控策略合成了5个低维配合物。研究发现调整有机配体分子链的长短可以改变催化剂的稳定性,其中配合物2在常温常压下19 h,氧化苯乙烯完全转化,五次循环反应产率依然高达94%;通过配体调整还可以改变金属位点数量,晶体结构测试表明,配合物5中金属位点数量是配合物4的2倍,明显提高了催化剂的催化活性。（2）探究了在低维配合物中不同金属位点对CO2环加成反应催化性能的影响。依据分子型催化剂的自组装获得5个单核M（II）零维配合物。研究发现通过调整金属位点种类可以改变CO2环加成反应的催化性能,由于配合物6中活性位点Mn（II）具有较强的Lewis酸性,其催化效果明显优于配合物7和8。此外,通过配体调整策略依然可以提高催化剂的催化活性,在CO2环加成反应中配合物9的转化频率（TOF）是配合物6的19倍。（3）探究了分子型催化剂的空间维度对Knoevenagel缩合反应催化性能的影响。通过金属离子与有机配体的原位自组装合成了不同维度Cu配合物。与上一章零维Cu配合物10一起开展了对Knoevenagel缩合反应的催化性能研究。超声辅助实验验证了原位催化同样具有高效的催化性能。实验结果表明,活性中心远程微环境因配体调控发生维度上的改变,与催化性能存在负相关性。结合理论计算证明了配合物10在Knoevenagel缩合反应（室温,2 h,产率100%）中决速步骤为亚苄基丙二腈离去这一过程,其反应能垒为73.2 k J mol-1。（4）探究了金属-载体电子强相互作用对单原子催化剂在CO2环加成反应催化活性的影响。通过简单的水热法合成了锚定在载体WO3上的Ir单原子催化剂。该催化剂在低温下催化CO2环加成反应表现出优异的催化活性。例如,在40℃反应条件下,氧化苯乙烯与CO2反应的产率为100%。该催化剂经过10次循环150 h测试后,其产物苯乙烯环状碳酸酯仍然保持了98%的产率。密度泛函理论计算表明,Ir单原子与WO3载体之间的EMSI有利于稳定单原子,而且促进了中间体的吸附,从而降低了环氧环开环的能垒。通过合理利用金属-载体电子强相互作用来设计的对单原子催化剂为满足CO2环加成反应的工业需求提供了新的策略。