离子液体中二氧化碳-水电催化耦合反应制甲醇

以解决能源资源短缺和环境保护，实现低碳利用为背景，以碳氧键和碳氢键的选择活化和形成为科学基础，开展以二氧化碳和水为原料，电化学手段为驱动力，合适离子液体与催化电极为催化体系的研究，以期实现离子液体中二氧化碳-水电催化耦合反应高效定向转化甲醇。具体内容包括：对二氧化碳电催化活化有良好性能的功能化离子液体，如新型的质子化离子液体、双醚基功能化季铵离子液体等的创制；纳米催化材料，如碳纳米管担载纳米Pd、Mo等催化材料-电极的构建；催化剂体系多尺度与原位分析与表征，如电化学扫描隧道显微技术与电化学原位拉曼光谱；电极电势-离子液体-催化剂-反应性能之间的系统评价与优化，必要的理论模拟，如密度泛函和第一性原理方法与实验结合对相关的活化反应机理考察等。该研究的实施对揭示碳氧键和碳氢键的选择活化和形成，探索离子液体中二氧化碳-水电催化耦合反应制甲醇新过程，促进二氧化碳绿色固定和循环具有重要的意义。

CO2的固定和利用是目前绿色化学研究的热点内容之一，由于离子液体其独特的物化性质，它们作为一类新兴的软物质材料或介质，为探索CO2高效绿色应用开辟了新的途径。本项目的核心是以离子液体为反应介质，通过电化学方法对CO2的高效催化转化进行了深入的研究。包括：在一系列离子液体水溶液介质中，研究了Ag、Cu等金属电极上的CO2电化学还原行为， Ag为催化电极时在BMIMCl水溶液中（水含量wt20%），CO2可定向还原为CO（选择性>99%）；通过原位电沉积法制备了Ag修饰的Cu电极，在含有CoCl2的EMIMBF4 + BMIMNO混合离子液体中，CO2可高选择转化为CO（98%），并且电极保持了很好的稳定性（150h）；制备的铜-咪唑纳米线为催化材料对BMImPF6溶液中电催化还原CO2生成CH4和CO展示出良好的活性。此外，在此基金支持下，还制备了吸收CO2的离子液体担载材料，通过程序升温脱附法对其相互作用进行了研究；以天然产物甜菜碱为原料，合成的甜菜碱功能化离子液体对SO2吸收量可达0.93 molSO2/molIls；通过P4,4,4,6Triz催化剂实现了在低压无溶剂条件下由CO2和胺高效合成聚脲的绿色过程。本项目的科学意义在于，探索了催化电极创新制备方法及离子液体介质中CO2的催化转化规律，为进一步发展清洁高效的CO2定向转化过程奠定了基础。