综述：特定底物氢甲酰化作为单体和有价值双功能化合物的前景路径

这篇综述深入探讨了离子交换膜(IEMs)在电化学CO2还原(e-CO2R)中的关键作用，系统比较了阴离子交换膜(AEMs)、阳离子交换膜(CEMs)和双极膜(BPMs)的材料特性与性能优化策略，为开发高效低成本膜材料以实现碳中和目标提供了重要指导。

　　

摘要

大气中持续升高的二氧化碳(CO₂)浓度迫切需要电化学CO₂还原(e-CO₂R)技术突破。离子交换膜(IEMs)通过离子传导、电荷平衡和反应选择性优化e-CO₂R过程，本综述全面对比了阴离子交换膜(AEMs)、阳离子交换膜(CEMs)和双极膜(BPMs)的材料特性与性能差异。

引言

全球CO₂排放量在2024年达到创纪录的374亿吨，可能导致地球在6年内升温1.5°C。e-CO₂R技术可将CO₂转化为甲酸(HCOOH)、乙烯(C₂H₄)等高附加值化学品，其中IEMs通过调控离子传输对反应选择性和效率起决定性作用。

分类与性能

AEMs：采用聚砜、聚芳醚等聚合物骨架，季铵盐与咪唑鎓功能基团影响氢氧根(OH^-)传导率和碱稳定性。CEMs：全氟化(如Nafion)与非氟化(如磺化聚醚醚酮)材料决定质子传导效率与成本。BPMs：磺酸-羧酸盐界面层组成显著影响水离解动力学。

关键挑战

IEMs在运行中面临化学降解、离子渗透和机械应力等问题：AEMs在碱性环境下易发生 Hofmann 消除反应，CEMs存在阳离子交叉污染，BPMs则受制于复杂的制备工艺。

未来方向

开发复合膜、生物启发膜等新型材料，通过聚合物骨架工程、化学交联和纳米结构复合等手段提升性能。标准化材料比较方法和降低制造成本将是推动e-CO₂R商业化应用的关键。

结论

IEMs作为e-CO₂R的核心组件，其性能优化需要兼顾离子电导率、选择性和耐久性。通过多学科协同创新，高性能膜材料将加速实现零碳经济转型。