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韩布兴团队NSR综述:用于CO2电催化转化的离子液体基电解质

添加时间: 2021-04-07

近日,中国科学院化学研究所韩布兴院士团队在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表综述文章,系统总结了近年来关于“离子液体基电解质用于电催化 CO2转化制备高附加值化学品”的主要研究进展。文章第一作者为在读博士生谭醒醒,通讯作者为韩布兴院士和孙晓甫研究员。

CO2是主要的温室气体之一,也是丰富、无毒、可再生的C1资源。CO2的电化学转化有助于降低大气中CO2浓度,同时还可以将其转化为CO、烷烃、烯烃、醇类、酯类等高附加值碳基燃料和化学品。

电解质是电催化体系的重要组成部分,与电极表面、反应物、反应中间体均发生相互作用,并在电荷传输中起关键作用。离子液体是由阳离子和阴离子组成的、在室温或接近室温下(低于100 ℃)呈液态的有机盐。作为一种新型的绿色、化学可定制溶剂,离子液体具有独特的结构特征和物理特性(如CO2溶解度高、离子电导率大、电化学窗口宽等),有望作为电解质用于CO2电化学转化体系,促进该领域的发展。

在这篇综述文章中,作者围绕CO2电化学转化的两条重要途径——CO2直接电还原(CO2ER)、CO2作为C1合成子参与的有机电催化转化反应(CO2EOT)——总结了离子液体基电解质中CO2参与C-X键(C-H、C-C、C-O、C-N键)构筑,并制备得到CO、甲烷、甲醇、羧酸、有机碳酸酯、恶唑烷酮衍生物等化学品的相关进展(见下图)。

           

通过C-X键的构筑将CO2转化为重要化学品

文章重点关注了电催化剂、离子液体组分、反应器结构,以及反应条件对CO2电催化反应活性、选择性的影响。

此外,文章还阐述了离子液体提升CO2电催化转化反应的机制,为后续设计新型、功能化的离子液体基电解质以实现高效电催化转化CO2提供了指导。

    进一步分析了离子液体基电解质体系中电催化CO2的瓶颈及相应解决方案,特别是在制备多碳产物及产物选择性方面;并展望了CO2电化学固定领域的广阔前景。