離子液體陽(yáng)離子對(duì)CO2電化學(xué)還原的促進(jìn)機(jī)制_離子液體定制【默尼離子液體】

在全球碳中和戰(zhàn)略推動(dòng)下，CO2電化學(xué)還原(CO2RR)作為實(shí)現(xiàn)碳資源循環(huán)與可再生能源存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)，可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯、乙醇等高價(jià)值C2+產(chǎn)物，兼具環(huán)境與能源雙重意義。

然而，CO2RR面臨兩大核心挑戰(zhàn)。一是CO2分子熱力學(xué)穩(wěn)定性高，其首步電子轉(zhuǎn)移生成CO2?-自由基陰離子的過(guò)程為反應(yīng)速控步，需施加極高負(fù)電位，導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩。二是產(chǎn)物分布寬泛，C2+產(chǎn)物選擇性與反應(yīng)活性難以協(xié)同優(yōu)化，制約工業(yè)化應(yīng)用。此前研究多聚焦于催化劑結(jié)構(gòu)工程，如通過(guò)提高氧化物衍生金納米顆粒晶界密度、構(gòu)建銅納米線陣列等方式穩(wěn)定CO2?-，但性能提升有限。

離子液體(IL)因具有高CO2溶解度、寬電化學(xué)窗口等特性被用于CO2RR，卻多作為本體電解液或有機(jī)相添加劑，存在產(chǎn)物分離成本高、CO2在有機(jī)介質(zhì)中擴(kuò)散速率低等問(wèn)題。固體催化劑負(fù)載離子液體層(SCILL)概念雖能通過(guò)毛細(xì)作用將離子液體固定于催化劑孔隙，解決上述局限，但長(zhǎng)期以來(lái)，離子液體中陽(yáng)離子與陰離子的獨(dú)立作用無(wú)法明確，因而難以針對(duì)性地優(yōu)化其催化性能。

基于此，天津工業(yè)大學(xué)的沈?yàn)g鎏、張貴榮及梅東海研究團(tuán)隊(duì)以氧化物衍生銅(OD-Cu)為基底，基于SCILL概念設(shè)計(jì)了一種Cu-PQR-IL催化劑。

該研究明確了[Bmim]?陽(yáng)離子在CO2RR中的核心作用機(jī)制。其通過(guò)咪唑環(huán)C4、C5質(zhì)子與CO2形成中等強(qiáng)度氫鍵，激活CO2分子并加速速控步CO2?-的形成，且不干擾產(chǎn)物選擇性。這一發(fā)現(xiàn)為通過(guò)調(diào)控催化劑-IL界面微環(huán)境（如優(yōu)化IL負(fù)載量）設(shè)計(jì)高效CO2RR催化劑提供了可落地的新思路。