中孔胺化咪唑聚离子液体的定制设计：实用的化学吸附方法及其对二氧化碳吸附行为的详细研究

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Tailored Design of Mesoporous Aminated Imidazolium Poly(ionic liquid)s: Practical Chemisorption Metric and Detailed Insights into CO2 Sorption Behavior

二氧化碳捕获材料开发；溶热自由基聚合；胺化咪唑基离子液体聚合物；低压力吸附效率；化学吸附机制

　　

应对气候变化需要高效且具有选择性的二氧化碳（CO₂）捕获技术，尤其是在低浓度条件下。本文报道了一种通过溶剂热自由基聚合方法可重复且可规模化制备的中孔胺化咪唑基多离子液体（PILs）的方法。尽管这些材料的表面积适中，但它们在低二氧化碳压力下仍表现出较高的二氧化碳吸附能力（高达2.5 mmol g^–1）和二氧化碳与氮气（CO₂/N₂）的选择性，这一性能得益于二氧化碳与胺基化咪唑基基质之间的化学相互作用。我们引入了一个实用的筛选指标——低压吸附效率（LPUE），以区分主要通过物理吸附作用和化学吸附作用进行二氧化碳捕获的吸附剂。我们的胺化多孔有机聚合物（POPs）显示出相对较高的LPUE值（58–66%），表明其吸附过程主要由化学吸附驱动。我们系统地评估了反离子、交联剂、胺基取代基以及湿度对材料性能的影响。对¹³CO₂标记样品进行的固态核磁共振（ssNMR）实验表明，在干燥条件下会形成氨基甲酸酯-铵盐和氨基甲酸类物质；而在含水环境中则更有利于氨基甲酸酯的形成，并促进碳酸氢盐的生成。实验还发现，在潮湿条件下二氧化碳的吸附能力得到提升，这一点对于直接空气捕获（DAC）技术尤为重要。与疏水性交联剂二乙烯基苯（DVB）相比，亲水性交联剂会导致过多的水分吸收，从而限制了材料在潮湿条件下的性能。通过引入疏水性阴离子（如双（三氟甲磺酰）酰亚胺（TFSI^–），这一问题得到了缓解。这些发现凸显了胺化咪唑基多离子液体在定制二氧化碳捕获应用中的多功能性，并强调了它们在吸附-解吸循环中的潜在价值。