大氣中CO₂的迅速增加主要是由于化石燃料燃燒和工業活動所致，這是全球氣候變化和環境退化的主要因素[1]、[2]、[3]。到2025年，全球CO₂濃度已超過430?ppm[4]，導致了嚴重的環境問題，如全球變暖、海洋酸化和生態失衡[5]、[6]、[7]。因此，將CO₂轉化為高附加值產品成為一種有吸引力的策略。將CO₂轉化為環狀碳酸酯是CO₂利用的研究熱點之一[8]、[9]、[10]、[11]。這種方法既能實現高效的碳固定，又能可持續地合成高附加值化學品。特別是環狀碳酸酯被廣泛用作綠色極性非質子溶劑、聚碳酸酯的單體以及儲能設備中的電解質，其合成高度符合綠色化學和循環經濟的原則[12]、[13]、[14]、[15]。

開發高效的催化劑對于CO₂轉化為環狀碳酸酯至關重要。CO₂環加成催化劑通常可以分為均相和非均相系統。均相催化劑主要包括過渡金屬配合物[16]、[17]和離子液體[18]。例如，Alhafez等人[19]報道了基于鈷氧肟的雙復鹽催化劑在無溶劑條件下（100 °C，1.6?MPa，2?h）能夠以97.9%的高產率催化CO₂與環氧體的環加成反應生成環狀碳酸酯。盡管具有如此高的催化活性，均相催化劑通常存在固有缺點，如分離困難、回收性差以及潛在的產品污染問題。非均相催化劑，如金屬氧化物[20]、[21]、金屬-有機框架（MOFs）[22]、多孔聚合物[23]和碳基材料[24]，在催化劑回收和結構穩定性方面具有優勢。代表性的基于金屬的非均相催化劑顯示出高的催化效率。例如，Tumbul等人[25]報道ZnO-B1/PPNCl二元催化系統在優化條件下（100?°C，常壓CO₂，24?h）能有效催化CO₂與環氧體的偶聯反應，生成五元環狀碳酸酯，產率高達99%。除了基于金屬的體系外，無金屬的非均相催化劑因其環境友好性而受到越來越多的關注。然而，它們的催化性能往往受到結構限制，包括表面積有限、孔隙率不足以及可訪問活性位點密度低，這些因素阻礙了物質傳遞并削弱了底物與催化劑之間的相互作用，從而降低了催化效率。當應用于空間受阻的環氧體（如1,4-丁二醇二縮水甘油醚（BDODGE）時，這一挑戰更加明顯。與簡單的環氧體相比，BDODGE具有較大的分子尺寸、較低的環應變、較高的粘度和多個反應位點，使其成為CO₂環加成反應的特別困難的底物。無金屬催化劑通常對這些雙功能環氧體的活性和選擇性較差，這表明需要設計具有可調結構和多種功能的催化劑。因此，設計能夠提供多個活性位點并促進底物高效活化的催化劑對于克服這些挑戰至關重要。

富含氮的材料，尤其是碳氮化物（g-C₃N₄）及其衍生物[26]、[27]、[28]，最近作為無金屬CO₂轉化催化劑受到了廣泛關注。這些材料具有多種內在優勢，包括豐富的含氮堿性位點、高化學穩定性和結構可調性。特別是低聚合度的三嗪催化劑含有較高的邊緣-NH₂基團密度和表面缺陷[29]、[30]、[31]，這不僅提高了反應性，還為后續合成修飾提供了機會（方案1）。盡管如此，三嗪化合物的催化性能仍受其內在結構特征的制約，包括相對較低的表面積和可訪問活性位點密度不足，這使得它們主要是單功能的。開發同時整合了酸性和堿性位點的雙功能催化劑已成為解決這些限制的有效策略[32]。將羥甲基接枝到三嗪骨架上是一種特別有吸引力的方法，因為引入的羥基可作為氫鍵供體，并與七嗪環形成共振相互作用。這種修飾增強了吡啶氮原子的親核性，同時促進了CO₂的捕獲和環氧體的活化，從而促進了環加成過程[33]、[34]、[35]。最近的研究表明，引入羥基等功能基團可以通過促進環氧環的開環和CO₂的活化顯著提高催化活性。例如，Song等人通過引入羥基和季銨鹽基團顯著提高了melamine寡聚體在CO₂與環氧丙烷（PO）環加成反應中的催化效率[36]。同樣，Ding等人通過接枝羥基功能化的離子液體（HEIMBr）合成了CN-HEIMBr催化劑，顯著提高了催化活性[37]。然而，大多數研究集中在小分子底物上，而對大分子或長鏈環氧體的研究仍然有限。

在這里，我們實驗性地研究了基于七嗪的催化劑的設計，這些催化劑具有可調的聚合度和羥甲基功能化程度，用于CO₂與雙功能環氧體的環加成反應。使用三聚氰胺作為前驅體合成了一系列具有可控聚合度的七嗪催化劑，并通過精確調節煅燒溫度來調節其結構和形態特性。隨后通過羥甲基接枝引入了互補的酸性位點，得到了HMCN-T材料。系統研究了煅燒溫度和羥甲基修飾對催化劑結構、形態和性能的影響。在CO₂與一系列環氧體的環加成反應中評估了催化性能，特別關注了具有高度挑戰性的底物BDODGE。此外，還研究了催化劑的回收性，并探討了反應機理。