二氧化碳的化学转化作为一种合理利用碳资源、实现碳循环的重要途径，受到全球科学家的高度关注 。在化学家看来，碳原子与氧原子相连形成的“碳-氧键”能量过高，成为二氧化碳转化的掣肘，也是绿色化学领域的难题之一 。
日前，中国科学院化学研究所（以下简称化学所）研究员张建玲等研究人员采用了一种有“离子液体”参与的新策略，提升了二氧化碳电还原为乙烯的效率 。这项工作近期在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上线 。
值得注意的是，张建玲所在的化学所胶体、界面与化学热力学实验室有一支以女研究员为主的研究队伍，硬核“围攻”可再生资源转化中的难题，成为绿色化学领域中一股特别的“她”力量 。
文章图片
化学所胶体、界面与化学热力学实验室一支以女研究员为主的研究队伍合影（化学所供图）
“离子液体”立功
二氧化碳经由电化学反应制备乙烯，近年来成为绿色化学领域的研究热点 。实验室中，科学家利用电解池装置在阴极通入二氧化碳制得乙烯等还原产物 。
不过，这一反应中乙烯的选择性不高成为科学家面临的共同难题 。“铜基催化剂具有独特的优势，但乙烯的高选择性仍受到限制，反应还会生成一氧化碳、甲烷等产物，制备乙烯的效率亟待提高 。”张建玲告诉《中国科学报》采访人员 。
这主要是由于二氧化碳的化学性质稳定，特别是其中的“碳-氧键”键能高，其活化转化较为困难 。也就是说，需要较高的能量去破坏碳原子与氧原子的连接，让它与氧原子“分手”转而与碳原子、氢原子“牵手” 。
为此，张建玲用上了“离子液体”，这是一种完全由离子组成的液体 。最新发表的研究中，研究人员将离子液体负载在铜基电极材料上，实现了高效二氧化碳电化学还原制备乙烯 。
进一步实验和理论研究表明，通过离子液体与铜原子之间的相互作用，优化了铜的局域配位环境，使得活性中间体*CO 进行二聚反应所需的能量降低，从而更加有利于乙烯生成 。
论文写道：“在水基电解质和常用的H型电解池中，-1.49 V 电压下，乙烯法拉第效率达到77.3% 。”而对于没有离子液体负载的铜基电极材料来说，相同条件下的乙烯法拉第效率仅为31.2% 。
文章图片
研究人员将离子液体负载在铜基电极材料上，实现了高效二氧化碳电化学还原制备乙烯（张建玲研究团队供图）
不过，张建玲坦承，本次发表的实验结果仅仅代表在实验室走出了第一步，在选择性、电流密度、稳定性等方面距离工业应用还有很长的路要走 。
文章图片
张建玲
个个都“能打”
张建玲不是一个人在战斗，她和实验室的几位女同事先后师从中国科学院院士韩布兴，组成硬核“女团”，联手“围攻”包括二氧化碳、生物质等在内的可再生资源化学转化问题，取得的系列成果频登高水平期刊 。
她们个个都很“能打”，科研实力“美帅酷飒” 。研究员刘志敏是团队的绝对主力，她长期致力绿色溶剂设计、性质及其调控催化可再生碳资源化学转化研究，发表过300多篇论文 。近期，她带领的课题组发现了离子液体阴、阳离子氢键对醇类物质氢氧键和碳氧键的协同活化新机制，首次提出了氢键催化醇类物质脱水制备醚类化合物的绿色方法，登上《科学进展》（Science Advances） 。
推荐阅读
- 祝融号|“祝融号”火星着陆点最新分析：比其他区域更具火星地貌特征
- 包子|惊蛰过后，养肝“黄金期”，7种食物别舍不得吃，滋阴养肝又美味
- 数字观|数据交易中心建设按下“快进键”也要避免“一窝蜂”——政协分组会议上委员们的“数字观”
- 西芹|春天要“防春燥”，这菜一周吃3次，滋润养肺，清清爽爽过春天
- 00后|“夜雨剪春韭，新炊间黄粱”：春天的韭菜一定得多吃！
- 韭菜|惊蛰前后，记得吃“初春6鲜”，鲜嫩又美味，顺天时才能健康长久
- 叉烧|叉烧什么时候，开始变成“越腍越好吃”了？
- 牛肉|“墨茉们”没人排队了，都怪BlueBottle？
- 银耳|5种常规的“普通厨具”，有的家庭却没有，家中常备1年能省几百元
- |中国白酒界“高手”: 一个个喝死8人，另一个为戒酒用铁链锁住自己