探索离子液体与聚离子液体溶液：二氧化碳捕获与转化的新希望

在工业生产中，传统二氧化碳（CO2）捕获和转化方法存在诸多弊端，如设备腐蚀、高能耗等。研究人员针对此开展了离子液体（ILs）和聚离子液体（PILs）用于 CO2捕获与转化的研究。结果表明其有显著潜力，为相关领域提供了新方向。

　　在当今全球致力于应对气候变化的大背景下，二氧化碳（CO₂）的捕获与转化成为科研领域的热门话题。传统的基于水溶液胺的 CO₂捕获方法广泛应用于热电厂，但它存在着设备腐蚀、高能耗以及溶剂降解等问题，这使得寻找可持续的替代方案迫在眉睫。离子液体（ILs）和聚离子液体（PILs）因其独特的物理化学性质，被视为极具潜力的解决方案。ILs 是有机盐，熔点低于 100°C，具有高热稳定性、大电化学窗口和低蒸气压等特点；PILs 则结合了 ILs 和聚合物的特性，在 CO₂捕获和转化方面展现出多种优势，如多样的捕获方法和较高的捕获能力。因此，研究 ILs 和 PILs 在 CO₂捕获与转化中的应用，对于缓解环境压力、推动可持续发展意义重大。

为了解决传统方法的弊端，探索 ILs 和 PILs 在 CO₂捕获与转化中的潜力，研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《Carbon Capture Science 》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是分子动力学模拟（MD），用于研究分子间相互作用和结构特征；二是通过定量核磁共振（NMR）技术来评估 CO₂的吸附能力；三是进行热重分析（TGA），以获取材料的热稳定性等信息；四是开展 CO₂与环氧化合物的批量催化环加成反应实验，探究其催化性能。

研究结果如下：

• CO₂捕获：通过定量 NMR 评估 ILs、IL 单体和 PILs 的吸附能力，发现 [OAc]^-衍生的 ILs 比卤素衍生的 ILs 具有更高的吸附容量，如 [BMIM][OAc] 和 [P_4,4,4,4][OAc] 表现突出。PILs 的吸附能力与 ILs 有所不同，部分卤素衍生的 PILs 能通过形成笼状结构增强水吸附。整体上，ILs 和 PILs 在 CO₂捕获方面各有特点，且受多种因素影响。
• 吸附机制研究：以 P [EVIM] Br 和 [EMIM] Br 为例，MD 模拟显示 P [EVIM] Br 能形成笼状结构，使水分子与 CO₂以多种方式相互作用，降低反应活化能，促进化学吸附；而 [EMIM] Br 中溴离子限制了水分子与 CO₂的相互作用，仅存在物理吸附。
• CO₂转化：研究了不同操作参数对环碳酸酯生产产率的影响，发现反应压力、温度、溶剂负载量和反应时间等均会影响产率。以 P [VBA] Cl、P [VBP] Cl 和 [BA] Cl 为催化剂，研究 CO₂与环氧苯乙烷（SO）的环加成反应，结果表明 DMSO 对不同催化剂的影响不同，对 P [VBA] Cl 有促进作用，对 [BA] Cl 有抑制作用。MD 模拟进一步揭示了 DMSO 对反应过程中离子相互作用的影响机制。

研究结论和讨论部分指出，ILs 和 PILs 在 DMSO-D₂O 混合物中表现出良好的 CO₂吸附能力，CO₂捕获效果受离子对性质、阴离子碱性和氢键形成等多种因素协同影响。在 CO₂环加成反应中，不同催化剂表现各异，DMSO 对催化剂活性影响不同。虽然 ILs 的 CO₂吸附能力强，但不一定对应更好的催化效果。从工业应用角度看，选择 ILs 还是 PILs 需要综合考虑效率和经济可行性，PILs 因其大分子结构在产品分离方面具有优势。这项研究为 CO₂捕获与转化领域提供了新的理论依据和实践指导，有助于推动相关技术的发展和应用，对实现可持续发展目标具有重要意义。