基于离子液体（IL）的电催化二氧化碳还原（CO₂RR）面临着在高反应速率（≥100 mA cm^-2）下实现对增值C₂₊产物的高选择性的严峻挑战。

近日，中科院过程工程研究所徐宝华研究员报道了提出了一种以核-壳为骨架构建Cu@PIL杂化材料的策略，以提高电流密度，拓宽基于IL的CO₂RR的生产范围。

文章要点

1）研究人员合成了一种新型的IL单体，该单体含有一个由一个吡啶基和两个咪唑基组成的三齿中心，以及两个用于聚合的乙烯基中心，并通过原位自由基聚合法对Cu纳米颗粒进行表面修饰。

2）研究发现，所有Cu@PIL杂化材料都显示出深度CO₂RR的能力（>2e^-），但性能因阴离子而异。通过实验探索和理论研究相结合，高电流密度归因于PIL外层促进的CO₂富集。此外，在电解过程中，相邻的咪唑阳离子施加了界面电场，这些阳离子稳定了极化的中间体。最重要的是，阴离子对CO₂的富集和中间体的稳定作用与相应阴离子对咪唑的不同给电子数之间具有合理的相关性。研究人员提出了以*CO为关键中间体的反应路线，并进一步阐明了阴离子对产物分布的影响。

3）基于这项研究，研究人员总结出目前的Cu@PIL体系与传统的块状IL基体系之间的两个主要区别。首先，中间诱导和阴极电位诱导的咪唑基阳离子层都能吸引金属表面内部原子的电子。其次，该结构诱导的界面电场可以稳定除H以外的吸附中间体（未极化），且稳定程度可由阴离子调节。

研究工作不仅展示了基于IL的CO₂RR提高电流密度和拓宽产物范围的新策略，而且为有机-无机杂化在增值化学合成中的应用提供了参考。

参考文献

Xiao-Qiang Li, Regulating electrochemical CO₂RR selectivity at industrial current densities by structuring copper@poly(ionic liquid) interface, Applied Catalysis B: Environmental, 2021

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120471

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120471