化石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放是首要的温室气体来源,造成全球变暖和气候变迁等环境问题。但二氧化碳同时又是廉价易得、储量丰富、不可燃、无毒无害且可再生的C1资源,将其固定和转化为化工产品具有较高的经济价值和生态效益。因此,二氧化碳化学,即将二氧化碳的捕集、活化和催化转化有机地结合为一体的过程,应运而生,并成为解决环境和能源问题的潜在途径。碳二卡宾,又称弯曲联烯,因其独特结构而具有以下三个特质：1)具有强供电性,可以作为强σ供体和弱π受体;2)中心碳原子可被双质子化；3)中心碳原子可与过渡金属形成双配位。近年来,碳二卡宾型化合物以其优异的强供电性和σ-给体特性,成为新兴的过渡金属配体和有机小分子催化剂。本论文以二氧化碳化学的涵义为立题思路,设计二氧化碳捕集、活化和催化转化一体过程,意图实现将废弃碳排放转化为精细化学品的变废为宝过程。首先,设计合成四类氮原子上带有不同取代基团的碳二卡宾与二氧化碳的加合物,通过核磁共振、红外吸收光谱和高分辨质谱等波谱学表征手段确定其结构,并证明了直线型二氧化碳被碳二卡宾活化为弯曲型的羧基结构。其中碳二卡宾与二氧化碳形成的加合物的羰基核磁共振化学位移在159～169 ppm范围内；红外吸收光谱显示的羰基非对称伸缩振动吸收峰在1570～1590 Cm-1处；电喷雾质谱表明加合物的分子离子峰均为碳二卡宾的分子量+44(C02)。随后,以碳二卡宾与二氧化碳的加合物为催化剂,实现了二氧化碳与氮杂环丙烷的催化环加成反应,显示出其同时作为二氧化碳捕集吸收剂和转化催化剂的巨大潜力。在双(1-苯基-3-甲基苯并咪唑)碳二卡宾二氧化碳加合物1d为催化剂(5 mol%)的最优条件(2 MPa,80℃,12 h)下,带有多种取代基团的氮杂环丙烷被用以固定二氧化碳为嗯唑啉酮类精细化学品,分离收率达80%～99%。基于实验现象和文献报道,还提出了碳二卡宾与二氧化碳的加合物催化氮杂环丙烷与二氧化碳反应的可能机理。另外,该催化体系还适用于环状碳酸酯的合成,2-苯基环氧乙烷和炔丙醇均可与二氧化碳发生环加成反应,显示出其良好的底物适用性。