主要的温室气体之一二氧化碳由于廉价易得、无毒不易燃的优点,作为可替代传统化石燃料合成多种重要化学品的碳一资源受到了关注。本论文重点研究以二氧化碳为原料构筑碳-氧键、碳-氮键合成高附加值化学品的反应以及高效催化剂的开发,在环境保护和资源利用方面有重要意义,具体工作内容如下:开发了一种季鏻双功能金属配合物催化剂用于以二氧化碳为原料的碳-氧键的构筑。首先将其作为无溶剂无助催化剂条件下催化二氧化碳与环氧烷环加成反应的单组分催化剂,高产率高选择性地生成环状碳酸酯。催化剂对环氧烷底物适应性好,可催化多种端基环氧烷和环内酯底物的转化,反应条件甚至可以低至常压。季鏻双功能催化剂在用简单的方法回收利用后,催化剂活性和结构基本可以得到保持。通过对反应的动力学的研究,计算了几种不同金属中心的季鏻双功能配合物的反应活化能。通过实验结果和文献报道,提出了可能的分子内协同催化机理。除此之外,季鏻双功能催化剂Zn-PPBCl在加入三乙胺（Et₃N）后还可共同在无溶剂条件下催化二氧化碳与炔丙醇的生成α-亚甲基环状碳酸酯的羧化环化反应。Zn-PPBCl/Et₃N体系可催化多种炔丙醇底物的转化,高产率高选择性地生成多种取代的α-亚烷基环状碳酸酯。最后,通过对反应机理的研究,还提出了Zn-PPBCl与Et₃N协同催化二氧化碳与炔丙醇的羧化环化反应机理。所合成的季鏻双功能催化剂Zn-PPBCl除了可以用于以二氧化碳为原料的碳-氧键的构筑外,还可用作碳-氮键构筑的化学转化反应。首先是在以苯硅烷为还原剂的情况下,无溶剂无助催化剂催化二氧化碳与胺类的甲酰化/甲基化反应生成甲酰胺/甲胺。季鏻双功能催化剂在所优化的最佳反应条件下,可高效催化多种一级胺或二级胺与二氧化碳的甲酰化反应,生成多种取代的甲酰化产物。实验结果还表明,实验条件的改变和含氢硅烷的类型可以影响二氧化碳与胺类发生反应的产物类型:在低温高压条件下,使用苯基硅烷作为还原剂,反应趋向于生成甲酰胺;而在高温常压条件下,使用二苯基硅烷作为还原剂反应趋向于生成甲胺。基于实验结果和文献报道,还提出了二氧化碳与胺类反应选择性生成甲酰胺和甲胺的反应机理。然后,这种季鏻双功能催化剂Zn-PPBCl还可在无溶剂无助催化剂条件下催化二氧化碳与氮杂环丙烷环加成反应生成恶唑烷酮。在较为温和的条件下,可高产率地生成5-取代恶唑烷酮,且5-取代产物相对于4-取代产物的区域选择性也较高。这种季鏻双功能催化剂对氮杂环丙烷底物的适应性也很好,可以高产率高区域选择性地生成多种取代恶唑烷酮。接下来,在加入定量绿色溶剂H₂O的条件下,Zn-PPBCl还可用作二氧化碳与邻氨基苯甲腈环加成反应生成喹唑啉-2,4（1H,3H）二酮的高效催化剂,并且对多种吸电子及供电子基团取代邻氨基苯甲腈的转化有普适性。除了以上二氧化碳转化的二元反应,在加入苯硅烷作为还原剂的情况下,这种季鏻双功能催化剂Zn-PPBCl还能单独在无溶剂无助催化剂的条件下高效催化二氧化碳、一级胺和醛的三元还原偶联反应生成不对称N,N-双取代甲酰胺。催化反应对胺和醛底物的适应性广泛,可催化多种芳香/脂肪胺、芳香/脂肪醛与二氧化碳的三元还原偶联反应。通过实验结果提出反应的机理是胺与醛先发生缩合,所生成的希夫碱亚胺作为反应物与二氧化碳在苯硅烷的还原下发生反应生成不对称N,N-双取代甲酰胺。开发了一种基于羰基二咪唑的双功能金属配合物,作为高效催化剂催化二氧化碳与环氧烷的环加成反应生成环状碳酸酯,催化剂对环氧烷底物适应性好,除了催化常用环氧烷外,还能催化包括含有不饱和键的底物和双环环氧烷等多种底物的化学转化,反应条件甚至可以低至常压。羰基二咪唑双功能金属配合物Zn-CDI-H经过简单手段可以进行重复利用,催化活性和催化剂结构基本保持不变。由于羰基二咪唑双功能金属配合物Zn-CDI-H表面的特殊孔结构,具有吸附和富集二氧化碳的功能,因此表现出格外优异的环加成反应活性。最后,基于这种特殊结构、实验结果和文献报道,提出了一个可能的协同催化反应机理。研究含有羟基的特殊环氧烷缩水甘油作为底物与二氧化碳的环加成反应。首先通过考察多个简单催化剂季铵盐、卤化物和烷基卤分别在高温常压和常温常压下对缩水甘油与二氧化碳环加成反应的催化活性。通过对几种催化剂动力学的研究,计算出不同催化剂的反应活化能。进一步研究含有氢键供体羟基的缩水甘油作为催化组分与碘化钾共同催化环氧丙烷与二氧化碳的环加成反应活性,实验结果表明,在此过程中缩水甘油先与二氧化碳反应生成甘油碳酸酯作为实际上的氢键供体参与反应。基于这个结果,提出了一个羟基-碘离子的协同催化机理。