总结：离子液体是一类在常温或接近常温下呈液态的盐，具有极低蒸汽压、高热化学稳定性和可调控的物理化学性质。它们在催化反应中不仅能作为绿色溶剂，有效提升底物的溶解与分散，还能作为助剂、分散剂和界面调控剂，优化催化剂微环境、增强活性和选择性。
离子液体通过调节催化剂的电子结构、稳定反应中间体、形成“微反应器”环境，有效促进多相催化和气-液-固三相反应。近年来，基于离子液体的功能化电解质已在CO₂捕集与转化等领域展现出高效率和高选择性，为绿色催化与能量转化提供了新的解决思路和技术路径。
离子液体，简单来说，就是一类在常温或接近常温下依然保持液态的盐。这类物质与我们日常所见的分子型溶剂（比如水、乙醇）截然不同，它们完全由有机阳离子和无机或有机阴离子通过静电作用组成，没有传统意义上的分子。
与传统高温下熔融的无机盐（如氯化钠熔盐）不同，离子液体通常在100°C以下，甚至常温就呈现液体状态。离子液体的阳离子结构常常包含咪唑鎓（imidazolium）、吡啶鎓（pyridinium）、季铵（quaternary ammonium）等骨架，阴离子则包括BF₄⁻、PF₆⁻、NTf₂⁻等多种类型。
由于其离子的形状不对称、体积较大，这些盐的熔点显著降低，形成了稳定的液体。这种独特的离子结构让离子液体拥有极低的蒸汽压、不易挥发、高度的化学和热稳定性，以及可以通过阳离子或阴离子的结构变化来调控其物理化学性质（如极性、酸碱性、亲疏水性等）。
因此，离子液体不仅是一种“液态盐”，更是一类可按需设计的“定制型”溶剂，为催化、分离、能量存储等领域带来了全新的应用空间，也成为绿色化学和可持续发展的研究热点。
DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00379
离子液体由于其离子结构，会在液相中自发形成极性区与非极性区的纳米分域，如同微型“软材料”。这种结构赋予其独特的溶解和分散能力，可以同时容纳极性和非极性分子，甚至高分子和纳米粒子。
通过调节阳离子/阴离子的种类与官能团，离子液体的各种性质（极性、亲疏水、酸碱性、界面特性）均可“按需定制”，为不同催化体系量身打造“反应微环境”。
绝大多数离子液体在空气和水中具有较高的稳定性，不易分解，且在反应结束后可循环使用，大大减少有机溶剂的污染与消耗。
DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c03828
在催化反应体系中，离子液体展现出多重独特角色。离子液体常常被用作绿色溶剂，能够有效替代传统有机溶剂，减少有机废气和有害物质的排放，提升反应的环保性和安全性。
得益于其优异的溶解能力和可调控性，离子液体还能作为助催化剂或反应环境调控剂，通过调整体系的极性、酸碱性、亲疏水性等参数，为底物分子和催化中心创造最有利的反应微环境。
此外，离子液体还能作为金属纳米催化剂的稳定剂和分散剂，有效防止金属颗粒的团聚和失活，维持高效的催化性能。在多相催化领域，通过将离子液体负载在多孔材料表面或与催化剂共存，形成所谓的“固载型离子液体相”或“固体催化剂离子液体层”，不仅有利于催化剂的分离回收，也进一步增强了催化体系的稳定性和可重复利用性。
值得一提的是，某些离子液体对气体分子的高度溶解和富集能力，能够极大提升气-液-固三相催化反应的效率。因此，离子液体在催化反应中不仅仅是一种“惰性”溶剂，更是集溶剂、助剂、分散剂和界面调控剂等多重功能于一身的“反应微环境工程师”。
从微观作用机制角度来看，离子液体能够通过一系列复杂且高度可调的物理和化学作用，深刻影响催化反应的本质过程。离子液体的电子结构和几何环境能够调节催化剂活性中心的电子状态，影响底物分子的吸附、活化能垒以及反应路径的选择。这种“超分子容器”效应常常能提高催化剂的选择性和反应效率。
离子液体与催化剂或反应界面形成有序层状结构，不仅提升了反应物在表面的吸附和迁移能力，还能精细调控反应活性位点的暴露与利用率。
此外，离子液体对带电中间体或自由基具有出色的稳定作用，使得某些传统条件下难以实现的反应得以顺利发生。其独特的纳米分域和氢键网络则形成了高度局域化的“微反应器”环境，有效提升反应物浓度、加快反应速率，并显著优化产物分布。
通过理论计算和分子模拟，人们发现离子液体还可以诱导新的催化反应路径，甚至赋予催化体系前所未有的功能。因此，离子液体不仅在宏观上改善了催化反应条件，更在微观层面以结构—性能协同的方式，全面提升了催化体系的效率与选择性，为现代催化科学注入了新的活力和创新空间
该研究首次提出并实验证明，利用离子液体作为电解质，可以极大降低CO₂电催化还原为一氧化碳（CO）的过电位，实现高选择性、低能耗的CO₂转化。
传统CO₂电还原过程通常需要极高的过电位，能效低且副反应多。作者选用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM-BF₄）为离子液体，在银电极体系中，通过复合离子液体与CO₂分子的协同作用，显著降低了反应过程中关键中间体（CO₂⁻）的生成能垒。
实验发现，CO的生成在1.5V（几乎接近热力学极限1.33V）就能高效发生，远低于传统水系或KCl等常规电解质体系的2.1 V以上，表明离子液体显著促进了CO₂的活化。
此外，该体系在超过7小时的连续电解过程中，CO的法拉第效率始终高于96%，副产氢极低，体现出极高的选择性和稳定性。机理上，作者提出EMIM阳离子与CO₂⁻中间体形成复合物，降低其自由能，进而减小反应的过电位需求。
这一创新策略不仅为CO₂电催化还原提供了高效的能量利用路径，也展示了离子液体在调控电催化反应界面结构、稳定中间体、提升选择性等方面的重要价值，对人工光合作用及温室气体转化利用具有重要指导意义。该工作成为后续离子液体在CO₂转化、电催化等领域应用的奠基性研究。
该研究针对CO₂电催化还原（CO₂RR）过程中的关键挑战，提出并验证了一种具有双功能性的反应型离子液体（[EMIM][2-CNpyr]）可用于高效捕集和电化学转化CO₂为CO。
作者以银（Ag）电极和乙腈为反应体系，发现0.1M[EMIM][2-CNpyr]的引入不仅极大提高了CO₂在电解液中的溶解度，还使CO₂的还原反应起始电位正移了240 mV，有效降低了反应所需能耗。
实验结果显示，在该体系中CO的法拉第效率始终高于94%，并且在6mA·cm⁻²的电流密度下能够连续稳定工作12小时以上。机理上，这一性能的提升归因于该离子液体的阳离子和阴离子均能与CO₂发生化学反应：阳离子[EMIM]+通过卡宾中间体与CO₂形成羧酸盐，阴离子[2-CNpyr]−则能直接与CO₂形成氨基甲酸盐，实现对CO₂的“预活化”，极大地降低了CO₂转化的能垒。
通过原位表面增强拉曼光谱（SERS）等手段，作者捕捉到IL-CO₂加合物在−1.7至−2.3 V电位区间的积累过程，进一步揭示了离子液体在电极/电解液界面的“协同催化”作用。
该工作不仅展示了功能化离子液体在CO₂捕集和高选择性转化中的巨大潜力，也为设计多功能一体化电解液和发展“捕集-转化一体化”CO₂利用新路径提供了新思路和机制依据。
DOI: 10.1021/acscatal.3c01538
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