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

氨是農業化肥及含氮化學品等的關鍵原料, 也是優良的氫能載體. 相比傳統高溫高壓工業合成氨, 電催化合成氨可在溫和條件下利用可再生能源分布式產氨, 但面臨氮氣(N2)化學惰性強、水溶液溶解度低及析氫反應競爭等挑戰, 導致氨產率和法拉第效率(FE)低下, 規模化困難. 離子液體憑借結構可設計、功能可調的特性, 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控微環境協同活化N2, 如咪唑型離子液體修飾氧化鈷(Co3O4?x), 調控電極表面微環境并抑制HER, 將FE提升至84.74%; 離子液體作為電解質不僅可拓寬電化學窗口, 還可作為質子梭, 有助于提升FE. 未來結合分子模擬深入探究離子液體-催化劑界面作用機制, 構建多模式協同體系, 有望推動綠氨規模化生產.封面示意圖以離子液體[Bmim][BF?]為模型體系, 增強N2在電解質中的溶解度, 為電催化綠氨合成提供持續穩定的N2供給, 通過優化反應路徑來提升氨產率, 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

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, 楊衛華, 肖力, 吳俊德, 方慧卉

郭佳慧, 趙遠錦

實現人體運動能量收集與光熱治療協同應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移

廖珺豪, 胡兆寧, 謝芹, 張艷鋒, 林立, 劉忠范

介孔納米反應器工程: 自攪拌動態調控增強級聯催化

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性壓力與級聯效應

鄖文聚, 楊曉光, 黃賢金

古今暖期對比研究預警未來南亞季風的變化

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

段晨陽, 譚海仁

離子液體在能源、環境和材料中的應用專題

編者按

多學科交叉視角下的離子液體: 能源、環境與材料的協同創新

劉艷榮, 張香平

觀點

基于離子液低共熔溶液的硫碳協同資源化工藝的構建與發展

白文軒, 谷志平, 鐘焱, 余江

本文將H2S間接電解制氫與CO2電化學加氫結合, 提出以H2S和CO2為原料的硫碳協同資源化工藝(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還原三種技術, 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精煉中的應有具重要意義. 本文系統地綜述了5-HMF與離子液體分離的最新進展, 利用分配系數和分離選擇性等參數評價了液-液萃取、沉淀、吸附、納濾、超臨界CO2等技術的應用及其分離機理. 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溶解度和優異的電化學性能, 可提高電催化還原二氧化碳反應效率. 本文總結了ILs作為電解質或催化劑活性組分促進生成不同產物的研究進展, 并探討了ILs提升目標產物選擇性的作用機制. 同時, 指出了當前存在的挑戰及未來研究趨勢.

人工智能機器學習助力離子液體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吸收劑受到廣泛關注. 本文在簡要介紹機器學習算法和模型的基礎上, 綜述了近年來基于人工智能和機器學習的定量結構-性能關系(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構描述符的種類及相應QSPR模型建立方法.

離子液體介導的廢塑料化學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回收中的應用進展. 文章詳細探討了離子液體介導的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鍵問題及其潛在改進方向, 展望了未來發展趨勢.

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

丙烷在丙烯生產中的共存導致了分離難題, 但由于離子液體的可調結構、低蒸汽壓和豐富氫鍵網絡, 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狀及未來展望.

離子液體在電催化合成氨中的應用

成曦, 韓麗君, 張聰, 王珂, 戚妙, 劉艷榮

電化學合成氨因反應條件溫和而備受關注. 離子液體(ILs)因結構可調、“氫鍵-靜電-離子簇”效應等為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對氨合成微環境調控, 以及ILs作為電解質強化氨合成性能,展望了ILs在電化合成氨體系中的發展趨勢.

論文

圖神經網絡特征輔助預測離子液體中CO2亨利系數

王晨陽, 戴中洋, 周國兵, 楊振

本文提出了一種圖神經網絡(graph neural network, GNN)與機器學習(machine learning, ML)結合的框架, 用于預測離子液體中CO2的亨利系數(Henry’s law constant, HLC). 通過結合GNN生成的分子描述符與機器學習算法能夠對HLC進行高效且準確的預測, 該方法為離子液體在碳捕集中的應用優化提供了新途徑.

季銨鹽離子液體對氨基酸銅催化CO2環加成反應的協同機制

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)環加成反應的協同催化效應. 闡明了CuAAs與TBAX在StO開環、CO2插入及碳酸酯閉環過程中的協同催化作用機制, 證實了分子間弱相互作用是協同催化的關鍵本質.

離子液體協同Fe3/ZnIn2S4/g-C3N4 S型異質結萃取耦合光催化降解四環素

盧奕彤, 劉曉楠, 徐帥, 李宇亮

本研究構建了一種可見光驅動的連續萃取耦合光催化降解四環素(EPDT)體系. 通過采用S-scheme異質結載體和Fe3助催化劑, 設計了促進關鍵?O2?生成的光催化劑, 并結合離子液體萃取劑, 在水相與光催化劑間搭建了“傳質橋”, 使得四環素降解效率在60 min內提升2.12倍.

進展

醫學科學

顧寧, 盛靜逸, 王強, 徐標, 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協同運作, 維持生命活動. 為探索心血管主導的多器官互作機制, 研究團隊構建了心血管驅動的多器官循環與測控系統(MOCS), 可在離體條件下支持多器官生理功能并動態模擬其交互過程. 本文圍繞該模型展開, 結合團隊研究進展, 探討多器官互作的關鍵科學問題及模型的潛在應用方向.

評述

醫學科學

衛生健康行業垂直大模型破繭之基石——構建行業專業多模態語料庫

沈劍峰, 黃茹, 閔棟, 車慧, 李寶山, 劉麗紅, 張智, 程京, 王杉

本文聚焦于醫療衛生領域垂直大模型的語料資源建設問題, 梳理國內外典型語料庫的發展歷史和技術差異, 系統剖析衛生健康行業專業多模態語料庫構建中的技術瓶頸與關鍵挑戰, 創新性提出“疾病-場景關聯矩陣”動態框架,旨在為推動醫療衛生領域垂直大模型的高質量發展和行業深度應用提供理論支撐與實踐參考.

論文

地球與環境科學

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“現實表征-模型構建-實證分析”認知范式, 系統分析流域“山-水-城”空間組織的內涵特征與組織結構, 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的科學認知,為山、水、城協調共生提供參考依據.

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