由于人类的发展大量使用化石能源,导致作为温室气体之一的CO₂的量不断增加,严重危害自然环境。但是,CO₂是一种无毒、廉价、丰富且可再生的C1资源。将CO₂转化成其他有用的化合物被认为是固定CO₂最有前途的战略之一。其中将CO₂与环氧化物环加成反应合成环碳酸酯或聚碳酸酯被认为是一个很有发展前景的反应。产物环碳酸酯和聚碳酸酯的用途广泛,环碳酸酯可以做电解质、溶剂、精细化工品等,聚碳酸酯可作为工程塑料。然而,由于CO₂的动力学惰性,开发相应的高效催化剂是极为必要的。目前已经开发的许多用于CO₂环加成反应的催化体系。虽然研究者们对合成高效的催化剂展开了大量研究,并已经取得了一些重要进展,但是催化剂还存在稳定性差、难分离等缺点。本文设计并合成了三类羧基咪唑盐类催化剂,利用红外光谱和核磁共振方法等分析确定了催化剂的分子结构。将催化剂应用CO₂环加成反应,发现这三类催化剂在温和的条件下就可以显现出高效的催化性能。第一类是双咪唑基琥珀酸烷基酯催化剂。本文合成了五个双咪唑基琥珀酸烷基酯催化剂,并且系统地研究了催化剂结构对其性能的影响。通过正交实验优化了催化剂的反应条件。在无助催化剂和溶剂的条件下,发现催化剂的量为1.0 mol%,在90℃,0.1 MPa下,反应10h转化率可以达到88%。另外还讨论了催化剂的循环稳定性以及可能机理。第二类是咪唑基双琥珀酸单烷基酯催化剂。本文设计并合成了五个咪唑基双琥珀酸单烷基酯催化剂,研究了羧基和咪唑环对催化性能的影响。通过正交实验优化了催化剂的反应条件。在无助催化剂和溶剂的条件下,发现催化剂的量为1.0 mol%,在80℃,0.1 MPa下反应8 h转化率可达到89%。另外,对催化剂的机理和循环稳定性进行了进一步的探究。第三类是咪唑内羧酸离子液体支撑的锌催化剂。本文以咪唑琥珀酸单烷基酯和溴化锌反应合成咪唑内羧酸离子液体支撑的锌催化剂。将催化剂用于催化CO₂的环加成反应中,反应温度为90℃,催化剂的量为1.5 mol%和压力0.1 MPa条件下反应8 h,转化率达89%。由于离子液体与金属间是以化学键的形式连接,导致催化中心改变,同时溴离子和羧基协同作用使催化性能提高。另外,文中还探讨了催化剂相应机理。