二氧化碳（CO2）在大气中的含量逐年增加，其温室效应引发的环境问题严重危害到人类的生存。对此，我国提出了“碳达峰、碳中和”的目标，向国际社会做出了庄严承诺。离子液体作为一种难挥发、结构稳定、高电导率、结构性质可调的新型绿色溶剂，在二氧化碳捕集及电化学转化领域得到了广泛应用。近些年，研究人员已经开发了不同种类的离子液体用于直接吸附CO2或者间接地作为电解液或其它催化活性成分来电化学还原CO2。用于捕集CO2的离子液体主要分为常规离子液体、氨基功能化离子液体、无氨基功能化离子液体及支撑性离子液体等。离子液体用于CO2电化学转化时可以作为电解液，电解液添加剂或者电极修饰剂等参与反应。针对离子液体在CO2捕集及转化过程中涉及的吸附及催化反应机制的深入探讨对于开发新型高效且可大规模用于CO2捕集转化的离子液体具有重要意义。

文章主要从离子液体在CO2捕集和电化学还原两方面的应用展开。重点介绍了不同离子液体用于CO2捕集时的性能和吸附机制，以及离子液体分别作为CO2电化学还原过程中电解液、电解液添加剂，电极修饰剂时的性能及共催化作用机制，总结了离子液体在CO2捕集及电化学还原方面的研究现状，提出了有待进一步深入研究的方向。

在CO2捕集方面，常规离子液体吸收CO2主要依靠物理吸附，由于吸附作用较弱，因此可以通过增加压力提升CO2吸收量，也可以通过简单的升温而将其脱附。常规离子液体最大的问题是吸收量相对较低，为了提升吸收量而发展出来的氨基功能化离子液体（包括阳离子氨基功能化，阴离子氨基功能化，双氨基功能化）解决了这一问题，但是由于其本身无法避免的氢键网络结果使其粘度显著增加阻碍了其进一步应用。无氨基功能化离子液体在不引入多余质子的同时又依靠了含N、O等电负性较强的杂原子有效的保持了高吸附容量又避免了高粘度产生，是目前研究的前沿方向。同样，将离子液体固载于多孔材料形成固体吸附剂可以明显加快CO2捕集速率，其中涉及到相界面的协同作用机制也是一个热门研究方向。

在离子液体用于CO2电化学转化方面，考虑到目前离子液体相对昂贵的价格，从减少离子液体用量出发，其可以分别作为电解质、电解质添加剂、电极修饰剂来参与反应。不管离子液体作为何种角色，其在参与CO2电化学还原过程中主要依靠的是离子液体本身与CO2之间的络合以及助催化作用。离子液体和CO2之间较强的相互作用，能够促进CO2的高效溶解和活化，形成的离子液体-CO2中间体可以直接参与CO2的催化转化，并通过改变不同的界面微环境来调控产物的选择性。在保证电催化性能的同时尽量降低离子液体的用量，将其作为电解液添加剂或者电极修饰剂具有一定的现实意义。

尽管离子液体在CO2捕集和电催化还原领域取得了大量的成果，但离子液体作为一致新型材料，对其认知还存在很大的空间，特别是CO2与离子液体的相互作用机制，电极表面双电层结构、以及离子液体在CO2电化学转化过程中的助催化机制等。这些问题需要借助量化计算、分子模拟及原位表征等技术去进一步分析界面结构的静电、氢键和范德华作用机制，为设计新型离子液体电解体系提供理论指导。此外，采用机器学习筛选高性能离子液体用于CO2捕集或者转化也将是未来一个重要的研究热点。

主编：许光文 教授

• 博士生导师

• 沈阳化工大学学科带头人

• 资源与化工教育部重点实验室主任、校长