乙二醇是一种用途广泛的化工原料,目前全球年产量已超三千万吨。乙二醇的主要生产工艺为环氧乙烷直接水合法,但该工艺存在水合比高、乙二醇选择性低的问题,导致了后处理过程蒸馏除水的高成本及高能耗,因此低水合比反应生产乙二醇是工业上的一个重要挑战。在本文中,建立了以二氧化碳为反应气氛,离子液体和有机碱催化环氧乙烷水合反应的策略,实现了在低水合比的条件下高效制备乙二醇。利用不同的离子液体（1-乙烯基-3-丁基-咪唑溴盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-苄基-3-丁基咪唑溴盐、1-丁基-2,3-二甲基-咪唑溴盐和四丁基溴化铵）和有机碱（乙烯基咪唑、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、4-二甲氨基吡啶、二烯丙基胺、三烯丙基胺和4-乙烯基吡啶）为催化剂,分别在二氧化碳或氮气气氛下进行环氧乙烷水合反应。当水合比为1.5:1时,在二氧化碳气氛下反应乙二醇收率为89-94%,选择性可达91-97%。而保持其它反应条件不变,在氮气气氛下进行反应,乙二醇的收率为11-21%,选择性仅为16-32%。相较于氮气,二氧化碳气氛可以辅助环氧乙烷水合反应的进行,显著提高乙二醇的选择性。利用同位素标记实验,以同位素标记H218O进行环氧乙烷水合反应,在氮气气氛下得到了同位素标记的乙二醇（m/z 64）,在二氧化碳气氛下得到了未标记的乙二醇（m/z 62）和同位素标记的二氧化碳C18OO（m/z 46）。在二氧化碳辅助环氧乙烷水合反应中,同位素标记的18O从反应物H218O中转移到了生成的二氧化碳C18OO,证明二氧化碳改变了反应路径,参与了反应过程,确定了反应路径为二氧化碳首先与环氧乙烷发生环加成,然后生成的碳酸乙烯酯通过原位水解合成乙二醇并释放二氧化碳,二氧化碳可循环使用。在整个过程中,二氧化碳起到了促进剂或助催化剂的作用。利用DFT计算在二氧化碳和氮气气氛下环氧乙烷水合反应的过渡态和能垒,发现氮气气氛环氧乙烷直接水合反应能垒为39.1 kcal mol-1,二氧化碳辅助水合反应能垒为32.3 kcal mol-1,在氮气气氛的水合反应能垒比在二氧化碳气氛高6.8kcal mol-1,表明二氧化碳辅助反应路径在动力学上更有利。利用有机碱或离子液体为单一催化剂进行二氧化碳辅助环氧乙烷水合反应,证明了在此一锅两步反应中,双催化剂离子液体与有机碱具有协同催化效应,其中离子液体催化第一步环加成反应,有机碱催化第二步碳酸乙烯酯水解反应。离子液体/有机碱催化、二氧化碳助催化环氧乙烷水合反应解决了传统工艺水用量大的问题,发展了一种高效、简单的催化体系用于低能耗、高效率合成乙二醇的绿色生产技术。