離子液體陽離子對CO2電化學還原的促進機制_離子液體定制【默尼離子液體】

在全球碳中和戰(zhàn)略推動下，CO2電化學還原(CO2RR)作為實現(xiàn)碳資源循環(huán)與可再生能源存儲的關鍵技術，可將CO2轉化為乙烯、乙醇等高價值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分子熱力學穩(wěn)定性高，其首步電子轉移生成CO2?-自由基陰離子的過程為反應速控步，需施加極高負電位，導致反應動力學遲緩。二是產(chǎn)物分布寬泛，C2+產(chǎn)物選擇性與反應活性難以協(xié)同優(yōu)化，制約工業(yè)化應用。此前研究多聚焦于催化劑結構工程，如通過提高氧化物衍生金納米顆粒晶界密度、構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、寬電化學窗口等特性被用于CO2RR，卻多作為本體電解液或有機相添加劑，存在產(chǎn)物分離成本高、CO2在有機介質中擴散速率低等問題。固體催化劑負載離子液體層(SCILL)概念雖能通過毛細作用將離子液體固定于催化劑孔隙，解決上述局限，但長期以來，離子液體中陽離子與陰離子的獨立作用無法明確，因而難以針對性地優(yōu)化其催化性能。

基于此，天津工業(yè)大學的沈瀏鎏、張貴榮及梅東海研究團隊以氧化物衍生銅(OD-Cu)為基底，基于SCILL概念設計了一種Cu-PQR-IL催化劑。

該研究明確了[Bmim]?陽離子在CO2RR中的核心作用機制。其通過咪唑環(huán)C4、C5質子與CO2形成中等強度氫鍵，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)為通過調(diào)控催化劑-IL界面微環(huán)境（如優(yōu)化IL負載量）設計高效CO2RR催化劑提供了可落地的新思路。