《科学通报》2025年9月中旬刊(“离子液体在能源、环境和材料中的应用专题”）| 文章速递

氨是农业化肥及含氮化学品等的关键原料, 也是优良的氢能载体. 相比传统高温高压工业合成氨, 电催化合成氨可在温和条件下利用可再生能源分布式产氨, 但面临氮气(N2)化学惰性强、水溶液溶解度低及析氢反应竞争等挑战, 导致氨产率和法拉第效率(FE)低下, 规模化困难. 离子液体凭借结构可设计、功能可调的特性, 成为强化电催化合成氨的核心策略:离子液体显著提升N2溶解度, 如氟化离子液体[P666(14)][eFAP]通过氟原子与N2的相互作用,使溶解度增至同体积水的20倍; 离子液体修饰催化剂界面调控微环境协同活化N2, 如咪唑型离子液体修饰氧化钴(Co3O4−x), 调控电极表面微环境并抑制HER, 将FE提升至84.74%; 离子液体作为电解质不仅可拓宽电化学窗口, 还可作为质子梭, 有助于提升FE. 未来结合分子模拟深入探究离子液体-催化剂界面作用机制, 构建多模式协同体系, 有望推动绿氨规模化生产.封面示意图以离子液体[Bmim][BF₄]为模型体系, 增强N2在电解质中的溶解度, 为电催化绿氨合成提供持续稳定的N2供给, 通过优化反应路径来提升氨产率, 为解决高温高压氨合成瓶颈提供潜在方案. 详见成曦等人文(p4501).

悦读科学

曹涵彦, 冯东阳, 张潘

陈木雄, 刘亚欣, 白荣盘, 许正平

崔芯蕊, 蒋思远, 高山

刘玥, 许言午, 杨卫华, 肖力, 吴俊德, 方慧卉

郭佳慧, 赵远锦

实现人体运动能量收集与光热治疗协同应用的可穿戴多功能双层纳米纤维膜

曹瑞瑞, 吴浩毅, 徐子涵, 潘曹峰

介电层辅助的二维材料转移

廖珺豪, 胡兆宁, 谢芹, 张艳锋, 林立, 刘忠范

介孔纳米反应器工程: 自搅拌动态调控增强级联催化

郭佩婷, 李金萦, 马玉柱, 刘健, 赵东元

锌铝水滑石衍生物负载二氧化铂团簇光催化丙烷脱氢制丙烯

段驰, 李振华, 张铁锐

亮点述评

全球气候承诺对耕地流失的异质性压力与级联效应

郧文聚, 杨晓光, 黄贤金

古今暖期对比研究预警未来南亚季风的变化

黄建平

基于富氧电解液的高比能软包锂-氧气电池

王迪, 王永刚

钙钛矿光伏组件的蒸汽辅助表面重构

段晨阳, 谭海仁

离子液体在能源、环境和材料中的应用专题

编者按

多学科交叉视角下的离子液体: 能源、环境与材料的协同创新

刘艳荣, 张香平

观点

基于离子液低共熔溶液的硫碳协同资源化工艺的构建与发展

白文轩, 谷志平, 钟焱, 余江

本文将H2S间接电解制氢与CO2电化学加氢结合, 提出以H2S和CO2为原料的硫碳协同资源化工艺(CSCU). 该工艺基于金属基离子液低共熔溶液(MIL-DES), 整合了间接氧化脱硫、相变萃取和无隔膜电化学还原三种技术, 有望解决脱硫富液再生效率低和CO2还原选择性差的问题.

进展

离子液体与5-羟甲基糠醛及其衍生物分离的研究进展

王慧勇, 李志勇, 王键吉

离子液体与5-羟甲基糠醛(5-HMF)的分离对其在生物质精炼中的应有具重要意义. 本文系统地综述了5-HMF与离子液体分离的最新进展, 利用分配系数和分离选择性等参数评价了液-液萃取、沉淀、吸附、纳滤、超临界CO2等技术的应用及其分离机理. 最后, 概要分析了目前尚待研究的主要问题.

离子液体强化电催化还原CO2研究进展及发展趋势

冯佳奇, 王艳霖, 薛其州, 张香平

离子液体(ILs)具有高CO2溶解度和优异的电化学性能, 可提高电催化还原二氧化碳反应效率. 本文总结了ILs作为电解质或催化剂活性组分促进生成不同产物的研究进展, 并探讨了ILs提升目标产物选择性的作用机制. 同时, 指出了当前存在的挑战及未来研究趋势.

人工智能机器学习助力离子液体CO2捕集性能分析

张瑞娜, 田媛, 葛春亮, 张威, 卢晗锋, 崔国凯

近年来离子液体CO2吸收剂受到广泛关注. 本文在简要介绍机器学习算法和模型的基础上, 综述了近年来基于人工智能和机器学习的定量结构-性能关系(QSPR)方法用于离子液体CO2捕集性能研究的进展, 重点介绍离子液体的分子结构描述符的种类及相应QSPR模型建立方法.

离子液体介导的废塑料化学回收研究进展及趋势

张振磊, 艾佳臻, 史国靖, 张香平

本文综述了离子液体在废塑料化学回收中的应用进展. 文章详细探讨了离子液体介导的PA、PET、PLA、PC、PE等多种塑料降解机制, 分析了离子液体溶剂解塑料过程中的关键问题及其潜在改进方向, 展望了未来发展趋势.

离子液体强化丙烯/丙烷分离的研究进展

蔡艾梓, 董海峰, 任梦雨, 李丹, 杨鹏, 程志毓, 邱永福

丙烷在丙烯生产中的共存导致了分离难题, 但由于离子液体的可调结构、低蒸汽压和丰富氢键网络, 这一过程已得到分离强化. 文章综述了离子液体在丙烯/丙烷分离中的应用, 分析了不同因素的影响, 并探讨了离子液体基新材料的现状及未来展望.

离子液体在电催化合成氨中的应用

成曦, 韩丽君, 张聪, 王珂, 戚妙, 刘艳荣

电化学合成氨因反应条件温和而备受关注. 离子液体(ILs)因结构可调、“氢键-静电-离子簇”效应等为N2活化难题带来了新机遇. 本文综述了N2在ILs中的溶解性能, ILs对氨合成微环境调控, 以及ILs作为电解质强化氨合成性能,展望了ILs在电化合成氨体系中的发展趋势.

论文

图神经网络特征辅助预测离子液体中CO2亨利系数

王晨阳, 戴中洋, 周国兵, 杨振

本文提出了一种图神经网络(graph neural network, GNN)与机器学习(machine learning, ML)结合的框架, 用于预测离子液体中CO2的亨利系数(Henry’s law constant, HLC). 通过结合GNN生成的分子描述符与机器学习算法能够对HLC进行高效且准确的预测, 该方法为离子液体在碳捕集中的应用优化提供了新途径.

季铵盐离子液体对氨基酸铜催化CO2环加成反应的协同机制

肖自胜, 刘思怡, 宋涂暄, 李丹, 兰支利, 肖毅, 谭蓉, 尹笃林

结合实验与密度泛函理论(DFT)计算, 探究了氨基酸铜(CuAAs)与四丁基卤化铵(TBAX)催化CO2/氧化苯乙烯(StO)环加成反应的协同催化效应. 阐明了CuAAs与TBAX在StO开环、CO2插入及碳酸酯闭环过程中的协同催化作用机制, 证实了分子间弱相互作用是协同催化的关键本质.

离子液体协同Fe3/ZnIn2S4/g-C3N4 S型异质结萃取耦合光催化降解四环素

卢奕彤, 刘晓楠, 徐帅, 李宇亮

本研究构建了一种可见光驱动的连续萃取耦合光催化降解四环素(EPDT)体系. 通过采用S-scheme异质结载体和Fe3助催化剂, 设计了促进关键•O2−生成的光催化剂, 并结合离子液体萃取剂, 在水相与光催化剂间搭建了“传质桥”, 使得四环素降解效率在60 min内提升2.12倍.

进展

医学科学

顾宁, 盛静逸, 王强, 徐标, 黄颖钰, 倪海波, 康丽娜, 管翔, 沈艳, 金旭光, 黄培林

人体多个器官依赖心血管系统协同运作, 维持生命活动. 为探索心血管主导的多器官互作机制, 研究团队构建了心血管驱动的多器官循环与测控系统(MOCS), 可在离体条件下支持多器官生理功能并动态模拟其交互过程. 本文围绕该模型展开, 结合团队研究进展, 探讨多器官互作的关键科学问题及模型的潜在应用方向.

评述

医学科学

卫生健康行业垂直大模型破茧之基石——构建行业专业多模态语料库

沈剑峰, 黄茹, 闵栋, 车慧, 李宝山, 刘丽红, 张智, 程京, 王杉

本文聚焦于医疗卫生领域垂直大模型的语料资源建设问题, 梳理国内外典型语料库的发展历史和技术差异, 系统剖析卫生健康行业专业多模态语料库构建中的技术瓶颈与关键挑战, 创新性提出“疾病-场景关联矩阵”动态框架,旨在为推动医疗卫生领域垂直大模型的高质量发展和行业深度应用提供理论支撑与实践参考.

论文

地球与环境科学

流域“山-水-城”空间组织模式及其生成机理

王华, 周国华, 吴国华, 郭汐禹, 赵万民

基于“现实表征-模型构建-实证分析”认知范式, 系统分析流域“山-水-城”空间组织的内涵特征与组织结构, 提出了一种流域树模式, 揭示了流域“山-水-城”空间组织模式的演化过程与生成机理, 深化了流域人居系统的科学认知,为山、水、城协调共生提供参考依据.

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