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随着全球气候变暖及臭氧层破坏两大环境问题的加剧,世界各国签署了《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》,以逐步淘汰高臭氧消耗潜值（Ozone Depleting Potential,ODP）、高温室效应潜值（Global Warming Potential,GWP）的物质,实现零ODP值、低GWP值的理想替代物对氟利昂、氢氟烃（Hydrofluorocarbons,HFCs）等淘汰物种的替代。例如,欧盟在2006年同时通过F-Gas法案（Regulation,No.842/2006）和规定汽车空调用制冷剂条令（Directive 2006/40/EC,2006）,规定从2011年1月新生产的车型和2017年出厂新车不得使用GWP值超过150的制冷剂。目前大规模使用的制冷剂HFC-134a（1,1,1,2-四氟乙烷）由于具有较高的GWP值（GWP=1300）,已经进入逐步淘汰的进程,研究开发一种零ODP值、低GWP值的新型绿色环保的制冷剂已经迫在眉睫。HFO-1234yf（2,3,3,3-四氟丙烯）的ODP值为零,GWP值为4,具有与HFC-134a非常接近的制冷系统性能,是目前公认的可“直接替代”HFC-134a的理想替代品,被认为是新一代新型绿色环保制冷剂。目前,HFO-1234yf的制备方法存在诸多缺陷,诸如:原材料成本高、工艺条件复杂或者反应涉及高温高压、催化剂制备困难、催化效果较差等诸多缺陷,难以实现大规模生产。为解决上述难题,本研究采用基础化工原材料四氯化碳、乙烯、氯气和无水氟化氢（HF）等为原料,通过四步法合成HFO-1234yf,对工艺条件进行优化,通过实验和量子化学理论计算相结合提出每一步反应机理,并研究了提高气相催化反应催化剂活性的技术,通过实验和催化剂表征,指出了利用氧化性气体对催化剂进行处理,有效地防止了催化剂的失活。具体内容如下:首先,研究了在催化剂存在下,液相调聚合成中间体HCC-250fb（1,1,1,3-四氯丙烷）的反应,优化了工艺参数,发展了反应的动力学方程,通过实验和理论计算相结合提出了反应机理。确定了以磷酸三丁酯（TBP）改性的Fe-FeCl3作为催化剂,引发四氯化碳和乙烯发生调聚反应合成HCC-250fb。研究了溶剂、物料比、反应温度以及反应压力等工艺参数对反应的影响,得到了合成工艺的优化条件。研究了合成HCC-250fb反应的动力学方程,指出该反应为一级反应,其机理为链式氧化-还原反应机理。采用密度泛函理论对该反应进行了研究,指出反应温度是影响反应物转化率和产物选择性的主要因素,更深入地理解了反应的本质。其次,研究了在无水氯化铁催化剂存在下,液相催化氯化合成中间体HCC-240db（1,1,1,2,3-五氯丙烷）的反应,优化了反应工艺参数,并提出了反应机理。确定了以无水氯化铁为催化剂,以HCC-250fb和氯气为原料合成HCC-240db。研究了物料比、催化剂含量、反应温度及反应压力对反应的影响。利用密度泛函理论研究分析和计算指出,本反应体系为强放热过程,需要控制好反应温度来控制副产物的产生,同时,氯气的量也是影响副产物产生的重要因素。再其次,研究了在铬基催化剂存在下,气相催化氟化合成中间体HCFO-1233xf（2-氯-3,3,3-三氟丙烯）的反应,优化了工艺参数,并提出了反应机理。确定了在铬基催化剂存在下,以HCC-240db和HF为原料合成HCFO-1233xf的合成方法。研究了物料比、反应温度以及空速等工艺参数对反应的影响。采用密度泛函理论对该反应进行化学计算,认为HCC-240db与HF反应路径是HCC-240db与HF首先进行三次F/Cl交换反应,然后发生脱去一分子HCl生成HCFO-1233xf。再其次,研究了以铬基催化剂为基础,其他辅助元素（Zn、Co、Ni、Cu）相结合组成组合催化剂,气相催化氟化合成目标产物HFO-1234yf（2,3,3,3-四氟丙烯）的反应,优化了工艺参数,并提出了反应机理。确定了在组合催化剂存在下,以HCFO-1233xf和HF为原料合成HFO-1234yf。研究了物料比﹑反应温度以及空速等工艺参数对反应的影响。利用密度泛函理论,研究分析和计算指出,HFO-1234yf是通过HCFO-1233xf与HF发生F/Cl交换合成得到;HCFO-1233xf与HF的主要产物是HFO-1234yf和HFC-245cb（1,1,1,2,2-五氟丙烷）;在存在HF情况下,HFO-1234yf与HFC-245cb是一个可逆过程;在低于350℃下,HFO-1234yf与HCFC-244bb（2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷）之间的相互转化反应难以发生。最后,对铬基催化剂的失活与活性提高进行了研究。对铬基催化剂进行了100小时的寿命评价,同时用两种氧化剂（氯气和氧气）对催化剂进行处理用于制备HCFO-1233xf和HFO-1234yf的对比试验,发现用氧化剂对铬基催化剂进行处理,可以很好地克服反应过程中催化剂的失活问题。对催化剂进行表征,其结果表明,有烯烃参与的气相催化反应,通过氧化性气体对催化剂处理可以有效克服催化剂失活的问题。本研究开发的HFO-1234yf的技术路线,具有原材料成本低、催化效率高、对环境污染小、后续分离简单等优点,具有工业化应用的潜在优势。