适用于直接空气捕获技术的偶氮酸盐及氨基酸离子液体：在银电极上实现电化学二氧化碳还原为一氧化碳的过程

《ACS Applied Energy Materials》：Direct Air Capture-Compatible Azolate and Amino Acid Ionic Liquids for Electrochemical CO2 Reduction to CO on a Silver Cathode

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直接空气捕获（DAC）兼容的离子液体（ILs）由于在低分压下具有高CO2溶解度、可调的化学吸附机制、低挥发性和宽的电化学窗口，因此在整合CO2捕获和转化方面具有吸引力。然而，很少有ILs在DAC条件（420 ppm CO2）下具有高CO2吸收能力，更少的ILs被评估其在联合捕获和电化学CO2还原（eCO2RR）中的化学兼容性和机制连续性。我们证明，两种代表性的DAC兼容ILs，[P4444][Val]（基于氨基酸的）和[P66614][5-Me-Imd]（基于唑类的），表现出良好的电化学还原行为。通过GC分析，CO和H2是主要的气相产物，而1H和13C NMR确认液相中的HCOOH可以忽略不计。在两室H电池中，使用镀银碳纸作为工作电极，在中等施加电位（?2.0至?2.5 V vs Ag/AgCl）下进行计时电流测量，[P4444][Val]的稳态电流密度约为10 mA cm?2，CO转化效率为96%，[P66614][5-Me-Imd]为95%，这突显了粘度和化学吸附的CO2-IL物种在提供高选择性CO生成的同时抑制H2释放中的作用。

**引言**
二氧化碳（CO2）排放是导致温室效应和气候变化的主要因素之一，威胁着环境稳定性和经济韧性。(1) 当前的缓解策略包括：(1) 通过使用低碳燃料和可再生能源减少排放；(2) 开发CO2捕获和储存系统；(3) 利用CO2作为原料生产有价值的化学品和燃料。(2) 传统的基于吸附剂的捕获方法（热力、压力或湿度循环）能耗较高，例如，在从环境空气中捕获CO2（约420 ppm；约4.2 × 10?4 bar pCO2）时，热循环单元消耗了大约95%的能源输入和75%的工艺资本，而纯化的CO2成本超过200美元/吨，而集成捕获-转化技术有可能将成本降低到20-25美元/吨。(3) 电化学CO2还原反应（eCO2RR）直接使用可再生电力将捕获的CO2转化为CO、HCOOH、CH4、CH3OH和C2碳氢化合物，(3-5) 当与DAC结合时，可以实现接近净零排放。(6-8) 然而，要实现这一点，需要电解质能够在环境水平下高效捕获CO2并实现高度选择性的eCO2RR。在如此低的分压下，有限的CO2溶解度限制了其向电极的传输，从而促进了H2的释放反应（HER）。传统的水性（生物）碳酸盐系统进一步受到低CO2溶解度（在1 atm下约33 mM）、质量传输限制和局部pH变化的影响，(6,9,10) 在DAC条件下降低了电流密度和选择性。(11) 最近的研究首次展示了在碱性KOH中实现DAC到eCO2RR的耦合，使用SnO2/C电催化剂在BPM电池中将空气捕获的CO2转化为甲酸盐（转化效率16%），使用Ag/C电催化剂则在50 mA cm?2的电流下转化为CO（转化效率13%。(12) 然而，性能受到溶解无机碳（DIC）负载量低、碳酸盐沉淀导致的碱度损失以及BPM运行固有的高电压的限制。(13) 这些限制促使人们寻找非水性的、DAC兼容的介质，将捕获与选择性的eCO2RR转化相结合。

离子液体（ILs）因其在校压下具有高CO2溶解度、可调的化学吸附性、低挥发性和宽的电化学窗口而成为有吸引力的非水电解质用于eCO2RR。(3,14) 结构上，ILs是由庞大的有机阳离子（如咪唑基、铵基或磷基）与多种阴离子（包括卤化物、氨基酸（AA-ILs）和功能化杂环（如基于唑类的非质子杂环阴离子，AHA-ILs）组成的盐。ILs通过与CO2的物理和化学吸附相互作用，允许更精确地调节捕获和转化。(12,15–17) 具有可逆CO2相互作用能力的官能团，结合ILs的离子导电性，可以降低CO2的活化能。(2,3) 因此，ILs提高了CO2RR的选择性，同时抑制了HER。(3,14) 以往的研究主要在高CO2浓度（5–15%）下评估ILs，这些浓度与烟气捕获相关，其中溶解度和动力学限制较少，而DAC条件（约420 ppm CO2）仍很少被探索。尽管模拟预测AHA-ILs（如[P66614][5-Me-Imd]）在DAC下的性能很有前景，(21) 这些预测依赖于经验校正因子而非直接测量结果，并且尚未经过实验验证。使用氨基酸ILs（例如[N4444][BCAA]、[N4444][Arg]）进行的实验DAC演示仅集中在热捕获-再生循环上，(22,23) 没有研究在eCO2RR条件下ILs的化学性能。早期的eCO2RR研究集中在使用非配位阴离子（如[BF4]、[NTf2]和[PF6]）的基于唑类的ILs上，这些ILs通常溶解在乙腈或H2O中，并添加K2CO3或补充ILs，ILs通过与CO2的弱物理吸附相互作用，需要较高的电位（–1.9至–2.5 V vs Ag/Ag+）和较高的IL负载量（0.7至0.9 M IL in H2O/acetonitrile）来获得中等程度的CO转化效率（40–80%），这受到CO2溶解度和HER的限制。(24–28) 相比之下，具有反应性阴离子的ILs结合了化学吸附和物理吸附，降低了过电位，同时提高了电流密度和转化效率，产物选择性由电催化剂决定。例如，[P66614][124-Triaz]在Ag上于–0.7 V时可以实现95%的HCOOH转化效率，而[PBMIM][124-Triaz]和[P4444][4-MF-PhO]在Pb上于–2.0 V时可以实现超过93%的HCOOH转化效率（6%的草酸转化效率）。(3,14) 尽管这些ILs的DAC CO2吸收能力较低（即它们不兼容DAC），但这些结果突显了反应性CO2阴离子在实现低能量转化路径中的作用。(14) 到目前为止，唯一被证明能够在低浓度捕获（约5000 ppm CO2）和eCO2RR转化相结合的IL是[EMIM][2-CNPyr]。(19,20,29) 在这里，我们首次实验性地展示了两种DAC兼容的离子液体：四丁基膦[P4444][Val]和三己基十四烷基膦5-甲基咪唑[P66614][5-Me-Imd]，它们在环境压力下强化学吸附CO2，并在适当的配方调整后支持选择性的电化学CO2到CO的转化。值得注意的是，这项工作首次展示了基于氨基酸的离子液体同时实现DAC级别的CO2捕获和电化学转化。它通过两个连续的操作步骤建立了这些离子液体的双重兼容性：首先使用纯IL和与电化学环境相关的IL支持电解质配方在DAC相关条件下捕获CO2，然后在添加溶剂以增强离子导电性和质量传输后进行eCO2RR。重要的是，还评估了eCO2RR电解质配方在捕获步骤中的重复使用兼容性。该框架建立了捕获和转化之间的机制连续性，并将这些离子液体定位为完全集成的DAC到电化学转化过程的有希望的候选者。

**实验部分**
**支持信息（第S2-S5页）**提供了所有实验方法和程序的完整描述。

**结果和讨论**
ILs [P4444][Val]和[P66614][5-Me-Imd]（结构见图1）是通过等摩尔离子交换合成的（见支持信息）。在稀薄条件下评估了它们的CO2吸收能力，使用定制的温度摆动气泡器（图1a）。在这种设置中，以特定的流速比混合12%的CO2（剩余为N2）和纯N2，以获得含有420 ppm CO2（303 K）的流，然后通过保持在恒温油浴中的纯IL。CO2耗尽后的流出流通过LI-COR 850 CO2/H2O红外分析仪进行检测，通过积分空白曲线和IL突破曲线来确定吸收能力。在303 K和420 ppm CO2条件下（图1b），[P4444][Val]的吸收量为0.44 mol CO2/mol IL（1.16 mol/kg），而[P66614][5-Me-Imd]为0.14 mol CO2/mol IL（0.24 mol/kg）。这两种IL属于不同的化学家族：[P4444][Val]是一种氨基酸IL（AA-IL），通过可逆相互作用捕获CO2，而[P66614][5-Me-Imd]是一种唑类IL，在阴离子的氮原子上发生亲核CO2攻击。尽管AA-ILs表现出高CO2吸收能力，但由于CO2结合后的高粘度，它们很少被用于电化学研究。

**图1**
(a) 用于测量ILs在低pCO2下的吸收突破的温度摆动气泡器设置。
(b) 在303、313和323 K下，含有420 ppm CO2的N2中，[P4444][Valine]和[P66614][5-Me-Imd]的实验CO2吸收量（mol CO2/mol IL）。
(c) [P4444][Val]的13C NMR谱图，标注了碳原子和结构。
(d) [P4444][Val]暴露于CO2后的13C NMR谱图，显示出新的 carbamate 峰。
(e) [P66614][5-Me-Imd]的13C NMR谱图，展示了合成步骤中残留的少量乙醇。
(f) 暴露于CO2后的[P66614][5-Me-Imd]的13C NMR谱图，显示出新的 carbamate 峰。

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[P4444][Val]和[P66614][5-Me-Imd]的预暴露粘度相当（在303 K时分别为236 cP和243 cP），但在CO2吸收后显著不同，[P4444][Val]的粘度显著增加。[P4444][Val]通过氢键形成凝胶状相，阻碍了CO2的质量传输、导电性、润湿性和CO2扩散。(30) 因此，1:1（CO2:IL）的计量比促进了密集的胺-碳bamate网络的形成，限制了动态电化学操作。相比之下，[P66614][5-Me-Imd]由于其疏水性和非质子性质，在CO2吸收过程中保持稳定的粘度。(31) 为了确认CO2?IL相互作用，将100%的CO2通过1:2 v/v的IL:DMSO-d6溶液气泡16小时，并使用64次扫描（4秒松弛延迟）获取标准NMR谱图。CO2暴露前后的13C NMR谱图（图1c–f）证实了碳bamate的形成。[P4444][Val]在其主要胺基处显示了一个新的valinate?carbamate峰，而[P66614][5-Me-Imd]在166 ppm处显示了一个imidazolate?carbamate峰。相应的13C NMR谱图见补充信息。

在303 K和50% CO2（0.5 bar）条件下，[P4444][Val]的CO2吸收量为0.78 mol CO2/mol IL（2.07 mol/kg），而[P66614][5-Me-Imd]为0.67 mol CO2/mol IL（1.19 mol/kg），两者都与它们的DAC级别吸收量在同一数量级，表明在稀薄条件下具有强烈的CO2结合亲和力。在展示了这两种IL在DAC相关浓度下的高吸收能力后，我们在纯CO2条件下进行了eCO2RR，以确定包括化学和物理吸附在内的整体电化学行为。在之前的[eCO2RR]研究中，使用Ag/Ag+作为参考，[P66614][124-Triaz]的电流密度在–2 V vs Ag/Ag+时低于1 mA cm?2，这是由于IL粘度限制了离子移动性和导电性。(14) 这突显了需要调节IL分子以降低粘度或添加共溶剂的需求。向DES（[Ch][Cl]: 乙二醇）中加水可将粘度降低三个数量级，(12) 从而提高了电流，但也促进了HER并降低了CO选择性（在–1.6 V时约为23%）。非质子溶剂则改善了电化学活性和CO选择性。(3) 受此启发，我们使用乙腈（ACN），因为它的粘度低（在25 °C时约为0.34–0.37 cP），CO2扩散率高（约为2–4 × 10?5 cm2 s?1），并且具有宽的电化学窗口，从而在还原条件下增强了离子移动性和稳定性，同时最小化了背景电流。(29) 在低IL负载量（0.1–0.3 M）下，IL–ACN混合物的粘度约为0.4–0.7 cP，支持了良好的质量传输。(2) 为了进一步降低电阻（欧姆降），添加了四乙基铵高氯酸盐（TEAP）作为支持电解质，建立了一个明确的介质来评估IL的固有活性和选择性。(3,32) 通常，在H电池配置中，使用Ag工作电极进行CO2到CO的eCO2RR性能，尤其是在低IL负载量和中等催化剂负载量下，电流密度低于10 mA cm?2。相比之下，报告在电流密度超过100 mA cm?2时实现超过95%的CO法拉第效率通常依赖于工程化的电催化剂（例如单原子催化剂(13)）、优化的电解器架构(33)或定制的离子液体配方，这些配方可以降低粘度、提高离子导电性并增加局部CO2的可用性。(3,34) 电化学设置（见图S1a）使用了一个由Nafion NR-212阳离子交换膜（CEM）分隔的两室H电池。设置和电极制备的细节见补充信息。(27,35)

为了建立基线，我们首先在CO2饱和条件下检查了对照阴极（0.1 M TEAP in acetonitrile, ACN）。由于缺乏化学吸附基团，该系统隔离了CO2的物理吸附和背景还原。(29) 如图S1b所示，几何电流密度从–1.5 V时的–1.85 mA/cm2增加到–3.5 V时的–69 mA/cm2（vs Ag/AgCl）。CA曲线（见图S1c）证实了随着电位的增加电流稳步增加，反映了电催化活性的提高。物理吸附的CO2产生了CO和H2，通过NMR未检测到液相产物（见图S4），这与溶解CO2的还原一致。在对照电解质中，总转化效率（见图S1d）偶尔超过100%（例如在–1.5 V时）或在更负的电位下低于100%。这种偏差在eCO2RR中很常见，可能由电容电流、副反应或交叉效应引起。(36) 我们强调，转化效率和气体选择性的相对趋势（见图S1d,e）在重复实验中是稳定的，尽管绝对转化效率值存在差异。(31) 如图S1d,e所示，在中等过电位（–2 to –2.5 V vs Ag/AgCl）下，CO的转化效率高于H2，这与物理吸附的CO2优先在Ag上被还原一致。然而，在–2.5 V以上，HER变得越来越具有竞争力，降低了CO的转化效率并使选择性向H2偏移。物理吸附的二氧化碳在Ag/C WE上通过经典的两电子途径还原为一氧化碳（见表S1，补充信息）。在非碱性ACN中，质子来源于0.5 M H2SO4阳极液，并通过CEM迁移，维持还原和电荷平衡。在Ag WE上，二氧化碳吸附后形成二氧化碳自由基，然后质子化成一氧化碳。银离子稳定了二氧化碳负离子中间体，同时抑制了HER反应，从而在适度过电势下实现了高选择性的一氧化碳生成。在-2.0至-2.5 V（相对于Ag/AgCl）的电压范围内，一氧化碳和气体的选择性表现反映出适度的过电势、二氧化碳的可用性以及HER反应的抑制之间的良好平衡。在更负的电压下，双电层压缩增加了质子的接近性，同时伴随着副反应的发生，这与之前的TEAP/ACN研究结果一致。（29）在-2.5 V以下，尽管驱动力更大，但HER反应仍然占主导地位，这与先前关于TEAP/ACN稳定性的研究结果一致。（29,32）尽管在-2.0和-2.5 V时一氧化碳的选择性似乎很高，但由于控制电解液中物理吸附的二氧化碳还原效率较低，相应的电流效率仅为20-35%（见图S1d）。在DAC条件下，由于物理溶解度大大降低，这种性能会进一步恶化，这突显了需要化学结合二氧化碳的离子液体来维持反应活性。（30）

图2：使用[P4444][Val]（0.1 M）+ TEAP（0.1 M）在丙腈中的电化学二氧化碳还原（eCO2RR）。条件与对照组相同，1 cm2 Ag/C WE，二氧化碳流量先为100 sccm（预吹气），随后为20 sccm。（a）由于粘度较高，电流-电压（CA）曲线显示电流被抑制；（b）所有电压下的电流密度均较低；（c）氢气和一氧化碳的电流效率（FE）显示，在-2.0 V时一氧化碳的FE达到96%，之后下降；（d）氢气和一氧化碳的气体选择性显示，在-2.0 V时一氧化碳的选择性达到97.0%，表明尽管电流效率降低，但特异性得到了提高。注意：此数据基于单次独立测量。有关误差条，请参见图3，预计两种离子液体的误差条相似。总电流效率（FE）偶尔会偏离100%，这是由于常见的H型电池伪影（气体溶解、GC定量限制和电容电流）造成的；NMR分析确认没有离子液体降解或额外的液态产物（见图S5-S7）。

接下来，使用0.1 M [P4444][Val]在0.1 M TEAP/ACN中进行测量，这种混合物相对于纯离子液体降低了粘度，但仍高于对照组。图2a,b显示与对照组相比，所有电压下的还原电流都被抑制，在-2 V时电流趋于稳定，约为对照组的一半，这与AA-IL的粘度导致的二氧化碳扩散性和质量传输限制一致。（19）值得注意的是，在DAC相关的条件下，[P4444][Val]可以通过化学结合维持二氧化碳的可用性，这与纯物理吸附的控制电解液不同。气体分析确认了一氧化碳和氢气是主要产物，这一点得到了-2.0 V时阴极的1H NMR分析的支持（见图S5和S6），仅检测到微量HCOOH。在-2.0 V（相对于Ag/AgCl）时，一氧化碳的FE达到96%（见图2c），而选择性约为97%，对照组为约80%（见图2d）。尽管与对照组相比电流密度降低，但[P4444][Val]将还原途径导向了一氧化碳的形成。这种选择性的提高是由于二氧化碳在缬氨酸阴离子上的化学吸附形成了缬氨酸-氨基甲酸酯物种（见表S2），这在中等过电势下富集了电极附近的二氧化碳当量，同时减少了有效质子的可用性并抑制了HER反应。（14,32）在更负的电压下，一氧化碳的FE和选择性都会下降，这与其他Ag/CO2RR系统的情况一致，其中HER反应成为主导。（29,37）在-3.5 V时检测到微量HCOOH，这可能解释了FE的差异，但总体上可以忽略不计。

虽然[P4444][Val]证明了即使在传输受限的条件下，化学吸附型离子液体也可以促进一氧化碳的形成，但AA-IL的一个关键实际缺点是它们在长时间暴露于二氧化碳时倾向于形成不溶性的缬氨酸-氨基甲酸酯沉淀物（18,38-41）（见图S7）。这些非晶态固体氨基甲酸酯在ACN中的溶解度较差，导致电解质不均匀，降低了离子移动性，破坏了电极接触，并消耗了溶液中的二氧化碳当量，改变了电解质的组成。这种由沉淀引起的电解质演变可能是高过电势下一氧化碳FE和选择性下降的原因，这突显了AA-IL系统在持续电化学操作中的一个关键限制。为了克服这些限制，我们接下来研究了[P66614][5-Me-Imd]，这是一种非碱性的杂环阴离子离子液体（AHA-IL），它通过氮原子上的亲核攻击捕获二氧化碳，形成氨基甲酸酯-唑酸盐物种，而不像AA-IL那样形成广泛的氢键网络。（12,19,21,42）与AA-IL不同，AHA-IL在捕获二氧化碳过程中保持了低而稳定的粘度。（43）在这里使用的稀释浓度（0.1 M在ACN中）下，粘度几乎保持恒定（约0.4–0.7 cP），使得在DAC相关的条件下仍能进行有效的化学吸附，同时保持了良好的传输特性。（2）

图3：使用[P66614][5-Me-Imd]（0.1 M）+ TEAP（0.1 M）在丙腈中的电化学二氧化碳还原（eCO2RR）。条件与对照组相同（1 cm2 Ag/C WE，二氧化碳流量在预吹气阶段为100 sccm，之后为20 sccm）。（a）由于粘度较高，电流-电压（CA）曲线显示电流被抑制；（b）所有电压下的电流密度均较低，误差条以白色标记表示，范围在±10%以内；（c）氢气和一氧化碳的FE显示，在-2.5 V时一氧化碳的FE超过95%，之后下降；（d）选择性趋势显示，在-2.0 V时一氧化碳的选择性达到84%，表明尽管电流效率降低，但特异性得到了提高。误差条代表三次独立电解实验的标准偏差；在更高过电势下，氢气和一氧化碳的FE变化可以忽略不计。

[P66614][5-Me-Imd]（图3）的电化学行为显示，在-1.5至-3.5 V（相对于Ag/AgCl）范围内的电流被抑制且趋于平坦，这与含离子液体的电解质的质量传输限制相似，类似于AA-IL（见图3a,b）。在-2.0 V时，对照组达到-17 mA cm?2，而[P4444][Val]和[P66614][5-Me-Imd]分别产生较低的电流，分别为-8.8和-6.6 mA cm?2，这与它们在稀释条件下的相似初始粘度一致。然而，随着二氧化碳结合的进行，两种系统出现了明显的分歧。尽管[P4444][Val]由于难溶性缬氨酸-氨基甲酸酯物种的沉淀和电解质粘度的增加而发生了明显的电解质演变，[P66614][5-Me-Imd]保持了均匀的阴极和稳定的粘度。二氧化碳以物理吸附的一氧化碳和可溶的咪唑-氨基甲酸酯物种的形式保留在溶液中，从而在整个电解过程中保持了二氧化碳当量的均匀储备，使得电化学操作得以持续。产物分析确认了一氧化碳和氢气是主要的气态产物。1H NMR光谱（见图S8和S9）显示液体相中的还原产物可以忽略不计，包括HCOOH。如图3c,d所示，[P66614][5-Me-Imd]在广泛的电位窗口内显著促进了的一氧化碳形成。在-2.5 V（相对于Ag/AgCl）时，一氧化碳的法拉第效率超过95%，选择性约为88%，而氢气的效率低于约10%。FE的误差条代表三次独立实验的标准偏差（见表S3）。这种行为反映了唑酸盐阴离子能够化学结合二氧化碳，增加了其局部浓度并稳定了二氧化碳中间体，同时不利于质子的还原。值得注意的是，在更负的电压（-3.0和-3.5 V相对于Ag/AgCl）下，尽管HER反应的驱动力增加，但一氧化碳的法拉第效率和选择性仍然相对较高（约80%），即使总电流密度上升（见图3b）。这种行为与AA-IL不同，归因于形成了可溶的咪唑-氨基甲酸酯物种，这些物种在电解质中保持了二氧化碳的可用性，防止了沉淀引起的二氧化碳当量的消耗。因此，即使在高阴极偏压下，二氧化碳还原（CO2RR）仍然是主要反应途径，从而同时实现了高选择性和较高的电流密度。

在一个完全集成的过程中，DAC捕获步骤将使用等摩尔的离子液体+ TEAP混合物进行，不使用丙腈（ACN）。DAC后，将添加ACN以降低粘度并改善eCO2RR的质量传输。在集成系统中，ACN将通过有机溶剂纳滤和/或萃取等分离方法从液体出口流中回收，而气相ACN将通过冷凝回收。这些分离过程将进行热集成（例如，使用热泵或交换器）以节约能量。此外，为了评估捕获和电化学操作之间的兼容性，测量了纯离子液体([P66614][5-Me-Imd])和在CO2RR过程中使用的等摩尔离子液体+ TEAP配方（见图S10）的二氧化碳突破曲线。引入TEAP减慢了初始的吸收动力学，这与反应位点的稀释和离子强度的增加一致；然而，离子液体+ TEAP配方最终实现了比纯离子液体更高的总容量。这种吸附行为反映了唑酸盐阴离子对二氧化碳的化学结合以及TEAP+环境中增加的自由体积对二氧化碳物理溶解的增强作用。在含有高脂肪族阳离子（如[P66614]+或[P4444]+）的磷基系统中，TEA+阳离子对局部离子排列的破坏进一步促进了物理溶解，通过形成额外的微域来容纳溶解的二氧化碳。（15,44）重要的是，CO2暴露后收集的13C NMR光谱（见图S11）未显示出除了咪唑-氨基甲酸酯物种以外的新共振峰，证实TEAP在化学上是惰性的，仅通过物理溶解起作用。总的来说，这些结果证明离子液体+ TEAP配方与DAC兼容，并且实际上增强了捕获容量，同时保持了后续eCO2RR的化学完整性。

进一步的电化学和结构表征进一步支持了两种离子液体系统之间的机制差异（见方案S1和S2）。图S12提供了长期电解稳定性测试和阴极的扫描速率依赖性线性扫描伏安（LSV）数据。图S13–S17显示了电解前后Ag/C电极的形态分析，两种电解质之间有明显差异。在[P4444][Val]系统中，电解后观察到与缬氨酸-氨基甲酸酯沉积一致的局部表面团聚体，而[P66614][5-Me-Imd]系统则保持了更清洁的催化剂表面，银纳米颗粒分布均匀。这些观察结果与氨基酸离子液体在二氧化碳还原过程中的沉淀行为以及基于唑酸盐的离子液体的均匀物种形成一致。

总之，这项研究实验性地证实了在功能离子液体([P4444][Val]和[P66614][5-Me-Imd])中进行DAC相关的二氧化碳捕获的机制连续性和化学兼容性，以及随后的电化学二氧化碳还原。虽然[P4444][Val]在高过电势下提供了高二氧化碳吸收能力（约0.44 mol CO2/mol IL，在420 ppm时）并促进了二氧化碳的形成（在-2.0 V相对于Ag/AgCl时的一氧化碳Fe效率为95%，电流密度为8.8 mA cm?2），但不溶性缬氨酸-氨基甲酸酯的沉淀增加了粘度，消耗了电活性的二氧化碳，并限制了长期电化学稳定性。相比之下，[P66614][5-Me-Imd]保持了稳定的粘度，并维持了可溶的咪唑烷基-氨基甲酸酯物种，保持了均匀的电解质，从而在广泛的电位窗口内支持持续的一氧化碳选择性还原（在-2.5 V相对于Ag/AgCl时的一氧化碳Fe效率超过95%，选择性约为88–90%，在-3 V相对于Ag/AgCl时超过80%）。此外，没有沉淀现象确保了更清洁的操作、更好的稳定性和一致的界面行为。在420 ppm二氧化碳浓度下，预计eCO2RR的性能将保持稳定，因为对照组已经表明在适度过电势下物理吸附的二氧化碳对Fe效率的贡献约为20%，这为DAC条件下的Fe变化提供了上限。综上所述，这些发现表明基于唑酸盐的离子液体是氨基酸离子液体的稳健且可扩展的替代品，特别是在选择性、长期操作稳定性和电解质兼容性至关重要的应用中。