二氧化碳的化學轉化作為合理利用碳資源、實現碳循環(huán)的重要途徑，受到全球科學家的高度關注。日前，中國科學院化學研究所（以下簡稱化學所）研究員張建玲等研究人員采用一種有“離子液體”參與的新策略，提升了二氧化碳電還原為乙烯的效率。相關成果近期發(fā)表于《德國應用化學》。
張建玲所在的化學所膠體、界面與化學熱力學實驗室，有一支以女研究員為主的研究隊伍，硬核“圍攻”可再生資源轉化中的難題，成為綠色化學領域一股特別的“她”力量。
離子液體立功
二氧化碳經由電化學反應制備乙烯，近年來成為綠色化學領域的研究熱點。實驗室中，科學家利用電解池裝置在陰極通入二氧化碳制得乙烯等還原產物。
不過，這一反應中乙烯的選擇性不高成為科學家面臨的共同難題。這主要是由于二氧化碳的化學性質穩(wěn)定，特別是其中的碳—氧鍵鍵能高，其活化轉化較為困難。也就是說，需要較高的能量去破壞碳原子與氧原子的連接，讓它與氧原子“分手”轉而與碳原子、氫原子“牽手”。
為此，張建玲用上了離子液體，這是一種完全由離子組成的液體。研究人員將離子液體負載在銅基電極材料上，實現了高效二氧化碳電化學還原制備乙烯。
進一步實驗和理論研究表明，離子液體與銅原子之間的相互作用優(yōu)化了銅的局域配位環(huán)境，使得活性中間體進行二聚反應所需的能量降低，從而更加有利于乙烯生成。
論文寫道：“在水基電解質和常用的H形電解池中，-1.49V電壓下，乙烯法拉第效率達到77.3%。”而對于沒有離子液體負載的銅基電極材料來說，相同條件下的乙烯法拉第效率僅為31.2%。
不過，張建玲坦承，本次發(fā)表的實驗結果僅僅代表在實驗室走出了第一步，在選擇性、電流密度、穩(wěn)定性等方面距離工業(yè)應用還有很長的路要走。
個個都“能打”
張建玲不是一個人在戰(zhàn)斗，她和實驗室的幾位女同事先后師從于中國科學院院士韓布興。她們組成硬核“女團”，聯手“圍攻”包括二氧化碳、生物質等在內的可再生資源化學轉化問題，取得的系列成果頻登高水平期刊。
她們個個都很“能打”，科研實力“美帥酷颯”。
研究員劉志敏長期致力于綠色溶劑設計、性質及其調控催化可再生碳資源化學轉化研究，發(fā)表過300多篇論文。近期，她帶領的課題組發(fā)現了離子液體陰、陽離子氫鍵對醇類物質氫—氧鍵和碳—氧鍵的協同活化新機制，首次提出氫鍵催化醇類物質脫水制備醚類化合物的綠色方法。相關成果發(fā)表于《科學進展》。
2022年初，劉志敏與同事獲得國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目“綠色溶劑體系設計、性質與功能”支持，開啟她們科研之路的新征程。
研究員劉會貞將研究對象鎖定在生物質平臺分子之一5—羥甲基糠醛上。最近，科研人員同樣基于碳—氧鍵活化，實現了在溫和條件下用5—羥甲基糠醛選擇性加氫制備5—甲基糠醛和2,5—二甲基呋喃，這兩種化合物都是重要的、潛在的有機合成中間體。研究成果分別發(fā)表在《自然—通訊》和《創(chuàng)新》（The Innovation）上。
研究員朱慶宮致力于電化學和綠色化學方面的交叉研究工作，發(fā)展了一些電催化二氧化碳與水反應制備重要化學品和燃料的新方法。
在專家看來，“女團”成員上述的研究采用了不同的策略，構建新體系、建立新方法、發(fā)展新反應，結合先進的研究手段，圍繞碳—氧鍵活化轉化，開展了原創(chuàng)性、系統性的工作。
美麗堅韌的“擔當”
每個“女團”通常都有各種角色“擔當”，綠色化學的“女團”也一樣。“張老師是‘穿搭’擔當，好看的衣服都領著我買。”采訪中，劉會貞說。
“80后”的劉會貞最年輕，在“70后”張建玲和“60后”劉志敏面前，算得上是“青春”擔當。但年輕也有年輕的煩惱。“我2015年回國，工作上、生活上都遇到很多困難。”劉會貞說。于是，“經驗”擔當劉志敏、張建玲成了她的知心姐姐，無論什么困難都傾力相助，甚至幫她帶過孩子。
總之，工作中互相支持，生活上彼此關照，她們躬身踐行著化學所“創(chuàng)新、求是、團結、奉獻”的所風所訓和實驗室“綠色、敬業(yè)、創(chuàng)新、和諧”的室風室訓。
鑒于在科研中的突出表現，劉志敏、張建玲曾先后獲得中國科學院“巾幗建功”先進個人，“綠色溶劑性質與應用研究團隊”也獲得第十六屆中國青年女科學家獎團隊獎，入選科技部創(chuàng)新人才推進計劃重點領域“可再生碳資源清潔高效轉化”創(chuàng)新團隊。
當然，對于職業(yè)女性而言，如何平衡工作和生活是一個永恒的話題。在她們看來，新時代的女性科學家不僅要接受勇攀高峰的挑戰(zhàn)，也要以健康美麗、知性優(yōu)雅展現時代風貌。“工作和生活兼顧，做美麗、堅韌的新時代職業(yè)女性。”劉志敏說。
有趣的是，在母親的角色里，她們從不“雞娃”，而是讓孩子們看到她們“雞自己”，從而激發(fā)出孩子學習的內在動力。“親測有效。”談到各自已經長大的女兒，劉志敏和張建玲都很自豪。而因為長期被“扔”在實驗室，劉會貞4歲的兒子已經背熟元素周期表，這在化學所被傳為一段佳話。
記者 甘曉 通訊員 李丹
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