《科學(xué)通報》2025年9月中旬刊(“離子液體在能源、環(huán)境和材料中的應(yīng)用專題”）| 文章速遞

氨是農(nóng)業(yè)化肥及含氮化學(xué)品等的關(guān)鍵原料, 也是優(yōu)良的氫能載體. 相比傳統(tǒng)高溫高壓工業(yè)合成氨, 電催化合成氨可在溫和條件下利用可再生能源分布式產(chǎn)氨, 但面臨氮氣(N2)化學(xué)惰性強、水溶液溶解度低及析氫反應(yīng)競爭等挑戰(zhàn), 導(dǎo)致氨產(chǎn)率和法拉第效率(FE)低下, 規(guī)模化困難. 離子液體憑借結(jié)構(gòu)可設(shè)計、功能可調(diào)的特性, 成為強化電催化合成氨的核心策略:離子液體顯著提升N2溶解度, 如氟化離子液體[P666(14)][eFAP]通過氟原子與N2的相互作用,使溶解度增至同體積水的20倍; 離子液體修飾催化劑界面調(diào)控微環(huán)境協(xié)同活化N2, 如咪唑型離子液體修飾氧化鈷(Co3O4?x), 調(diào)控電極表面微環(huán)境并抑制HER, 將FE提升至84.74%; 離子液體作為電解質(zhì)不僅可拓寬電化學(xué)窗口, 還可作為質(zhì)子梭, 有助于提升FE. 未來結(jié)合分子模擬深入探究離子液體-催化劑界面作用機制, 構(gòu)建多模式協(xié)同體系, 有望推動綠氨規(guī)模化生產(chǎn).封面示意圖以離子液體[Bmim][BF?]為模型體系, 增強N2在電解質(zhì)中的溶解度, 為電催化綠氨合成提供持續(xù)穩(wěn)定的N2供給, 通過優(yōu)化反應(yīng)路徑來提升氨產(chǎn)率, 為解決高溫高壓氨合成瓶頸提供潛在方案. 詳見成曦等人文(p4501).

悅讀科學(xué)

曹涵彥, 馮東陽, 張潘

陳木雄, 劉亞欣, 白榮盤, 許正平

崔芯蕊, 蔣思遠, 高山

劉玥, 許言午, 楊衛(wèi)華, 肖力, 吳俊德, 方慧卉

郭佳慧, 趙遠錦

實現(xiàn)人體運動能量收集與光熱治療協(xié)同應(yīng)用的可穿戴多功能雙層納米纖維膜

曹瑞瑞, 吳浩毅, 徐子涵, 潘曹峰

介電層輔助的二維材料轉(zhuǎn)移

廖珺豪, 胡兆寧, 謝芹, 張艷鋒, 林立, 劉忠范

介孔納米反應(yīng)器工程: 自攪拌動態(tài)調(diào)控增強級聯(lián)催化

郭佩婷, 李金縈, 馬玉柱, 劉健, 趙東元

鋅鋁水滑石衍生物負載二氧化鉑團簇光催化丙烷脫氫制丙烯

段馳, 李振華, 張鐵銳

亮點述評

全球氣候承諾對耕地流失的異質(zhì)性壓力與級聯(lián)效應(yīng)

鄖文聚, 楊曉光, 黃賢金

古今暖期對比研究預(yù)警未來南亞季風(fēng)的變化

黃建平

基于富氧電解液的高比能軟包鋰-氧氣電池

王迪, 王永剛

鈣鈦礦光伏組件的蒸汽輔助表面重構(gòu)

段晨陽, 譚海仁

離子液體在能源、環(huán)境和材料中的應(yīng)用專題

編者按

多學(xué)科交叉視角下的離子液體: 能源、環(huán)境與材料的協(xié)同創(chuàng)新

劉艷榮, 張香平

觀點

基于離子液低共熔溶液的硫碳協(xié)同資源化工藝的構(gòu)建與發(fā)展

白文軒, 谷志平, 鐘焱, 余江

本文將H2S間接電解制氫與CO2電化學(xué)加氫結(jié)合, 提出以H2S和CO2為原料的硫碳協(xié)同資源化工藝(CSCU). 該工藝基于金屬基離子液低共熔溶液(MIL-DES), 整合了間接氧化脫硫、相變萃取和無隔膜電化學(xué)還原三種技術(shù), 有望解決脫硫富液再生效率低和CO2還原選擇性差的問題.

進展

離子液體與5-羥甲基糠醛及其衍生物分離的研究進展

王慧勇, 李志勇, 王鍵吉

離子液體與5-羥甲基糠醛(5-HMF)的分離對其在生物質(zhì)精煉中的應(yīng)有具重要意義. 本文系統(tǒng)地綜述了5-HMF與離子液體分離的最新進展, 利用分配系數(shù)和分離選擇性等參數(shù)評價了液-液萃取、沉淀、吸附、納濾、超臨界CO2等技術(shù)的應(yīng)用及其分離機理. 最后, 概要分析了目前尚待研究的主要問題.

離子液體強化電催化還原CO2研究進展及發(fā)展趨勢

馮佳奇, 王艷霖, 薛其州, 張香平

離子液體(ILs)具有高CO2溶解度和優(yōu)異的電化學(xué)性能, 可提高電催化還原二氧化碳反應(yīng)效率. 本文總結(jié)了ILs作為電解質(zhì)或催化劑活性組分促進生成不同產(chǎn)物的研究進展, 并探討了ILs提升目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的作用機制. 同時, 指出了當(dāng)前存在的挑戰(zhàn)及未來研究趨勢.

人工智能機器學(xué)習(xí)助力離子液體CO2捕集性能分析

張瑞娜, 田媛, 葛春亮, 張威, 盧晗鋒, 崔國凱

近年來離子液體CO2吸收劑受到廣泛關(guān)注. 本文在簡要介紹機器學(xué)習(xí)算法和模型的基礎(chǔ)上, 綜述了近年來基于人工智能和機器學(xué)習(xí)的定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系(QSPR)方法用于離子液體CO2捕集性能研究的進展, 重點介紹離子液體的分子結(jié)構(gòu)描述符的種類及相應(yīng)QSPR模型建立方法.

離子液體介導(dǎo)的廢塑料化學(xué)回收研究進展及趨勢

張振磊, 艾佳臻, 史國靖, 張香平

本文綜述了離子液體在廢塑料化學(xué)回收中的應(yīng)用進展. 文章詳細探討了離子液體介導(dǎo)的PA、PET、PLA、PC、PE等多種塑料降解機制, 分析了離子液體溶劑解塑料過程中的關(guān)鍵問題及其潛在改進方向, 展望了未來發(fā)展趨勢.

離子液體強化丙烯/丙烷分離的研究進展

蔡艾梓, 董海峰, 任夢雨, 李丹, 楊鵬, 程志毓, 邱永福

丙烷在丙烯生產(chǎn)中的共存導(dǎo)致了分離難題, 但由于離子液體的可調(diào)結(jié)構(gòu)、低蒸汽壓和豐富氫鍵網(wǎng)絡(luò), 這一過程已得到分離強化. 文章綜述了離子液體在丙烯/丙烷分離中的應(yīng)用, 分析了不同因素的影響, 并探討了離子液體基新材料的現(xiàn)狀及未來展望.

離子液體在電催化合成氨中的應(yīng)用

成曦, 韓麗君, 張聰, 王珂, 戚妙, 劉艷榮

電化學(xué)合成氨因反應(yīng)條件溫和而備受關(guān)注. 離子液體(ILs)因結(jié)構(gòu)可調(diào)、“氫鍵-靜電-離子簇”效應(yīng)等為N2活化難題帶來了新機遇. 本文綜述了N2在ILs中的溶解性能, ILs對氨合成微環(huán)境調(diào)控, 以及ILs作為電解質(zhì)強化氨合成性能,展望了ILs在電化合成氨體系中的發(fā)展趨勢.

論文

圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征輔助預(yù)測離子液體中CO2亨利系數(shù)

王晨陽, 戴中洋, 周國兵, 楊振

本文提出了一種圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(graph neural network, GNN)與機器學(xué)習(xí)(machine learning, ML)結(jié)合的框架, 用于預(yù)測離子液體中CO2的亨利系數(shù)(Henry’s law constant, HLC). 通過結(jié)合GNN生成的分子描述符與機器學(xué)習(xí)算法能夠?qū)LC進行高效且準(zhǔn)確的預(yù)測, 該方法為離子液體在碳捕集中的應(yīng)用優(yōu)化提供了新途徑.

季銨鹽離子液體對氨基酸銅催化CO2環(huán)加成反應(yīng)的協(xié)同機制

肖自勝, 劉思怡, 宋涂暄, 李丹, 蘭支利, 肖毅, 譚蓉, 尹篤林

結(jié)合實驗與密度泛函理論(DFT)計算, 探究了氨基酸銅(CuAAs)與四丁基鹵化銨(TBAX)催化CO2/氧化苯乙烯(StO)環(huán)加成反應(yīng)的協(xié)同催化效應(yīng). 闡明了CuAAs與TBAX在StO開環(huán)、CO2插入及碳酸酯閉環(huán)過程中的協(xié)同催化作用機制, 證實了分子間弱相互作用是協(xié)同催化的關(guān)鍵本質(zhì).

離子液體協(xié)同F(xiàn)e3/ZnIn2S4/g-C3N4 S型異質(zhì)結(jié)萃取耦合光催化降解四環(huán)素

盧奕彤, 劉曉楠, 徐帥, 李宇亮

本研究構(gòu)建了一種可見光驅(qū)動的連續(xù)萃取耦合光催化降解四環(huán)素(EPDT)體系. 通過采用S-scheme異質(zhì)結(jié)載體和Fe3助催化劑, 設(shè)計了促進關(guān)鍵?O2?生成的光催化劑, 并結(jié)合離子液體萃取劑, 在水相與光催化劑間搭建了“傳質(zhì)橋”, 使得四環(huán)素降解效率在60 min內(nèi)提升2.12倍.

進展

醫(yī)學(xué)科學(xué)

顧寧, 盛靜逸, 王強, 徐標(biāo), 黃穎鈺, 倪海波, 康麗娜, 管翔, 沈艷, 金旭光, 黃培林

人體多個器官依賴心血管系統(tǒng)協(xié)同運作, 維持生命活動. 為探索心血管主導(dǎo)的多器官互作機制, 研究團隊構(gòu)建了心血管驅(qū)動的多器官循環(huán)與測控系統(tǒng)(MOCS), 可在離體條件下支持多器官生理功能并動態(tài)模擬其交互過程. 本文圍繞該模型展開, 結(jié)合團隊研究進展, 探討多器官互作的關(guān)鍵科學(xué)問題及模型的潛在應(yīng)用方向.

評述

醫(yī)學(xué)科學(xué)

衛(wèi)生健康行業(yè)垂直大模型破繭之基石——構(gòu)建行業(yè)專業(yè)多模態(tài)語料庫

沈劍峰, 黃茹, 閔棟, 車慧, 李寶山, 劉麗紅, 張智, 程京, 王杉

本文聚焦于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域垂直大模型的語料資源建設(shè)問題, 梳理國內(nèi)外典型語料庫的發(fā)展歷史和技術(shù)差異, 系統(tǒng)剖析衛(wèi)生健康行業(yè)專業(yè)多模態(tài)語料庫構(gòu)建中的技術(shù)瓶頸與關(guān)鍵挑戰(zhàn), 創(chuàng)新性提出“疾病-場景關(guān)聯(lián)矩陣”動態(tài)框架,旨在為推動醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域垂直大模型的高質(zhì)量發(fā)展和行業(yè)深度應(yīng)用提供理論支撐與實踐參考.

論文

地球與環(huán)境科學(xué)

流域“山-水-城”空間組織模式及其生成機理

王華, 周國華, 吳國華, 郭汐禹, 趙萬民

基于“現(xiàn)實表征-模型構(gòu)建-實證分析”認知范式, 系統(tǒng)分析流域“山-水-城”空間組織的內(nèi)涵特征與組織結(jié)構(gòu), 提出了一種流域樹模式, 揭示了流域“山-水-城”空間組織模式的演化過程與生成機理, 深化了流域人居系統(tǒng)的科學(xué)認知,為山、水、城協(xié)調(diào)共生提供參考依據(jù).

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