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02
2026
-
07
Angew: 锁住离子通道，破解CO₂电还原中“产物反噬”的关键难题
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背景
电化学CO₂还原制备液体燃料（如乙醇）被认为是实现碳循环的重要路径，但体系稳定性长期受限于膜材料本身。作为电解系统的核心，离子传导聚合物不仅负责离子输运，还承担产物隔离功能。然而，当反应产物为醇类时，问题随之显现：极性醇分子会与聚合物中的离子基团发生强相互作用，导致聚合物链间距增大、结构膨胀，进而引发离子通道失稳、传输效率下降以及产物串漏。这一“产物反噬”效应在长期运行中尤为严重，使得电解系统性能快速衰减。尽管交联、无机填料或聚合物共混等策略被广泛尝试，但往往难以同时兼顾高导电性、结构稳定性与抗醇溶胀能力，成为制约CO₂制液体燃料电解技术发展的关键瓶颈。
创新
近日，浙江大学单冰研究员团队提出了一种“非极性交联骨架”策略，通过在分子层面构建疏水支撑网络来稳定离子通道结构。具体而言，将离子导电的聚芳基哌啶鎓（PAP）通过共价方式嵌入非极性的聚苯乙烯网络中，形成一种刚性疏水框架，从而在空间上“锁定”离子通道。这种设计的核心在于利用非极性环境抑制醇分子的溶剂化作用，限制聚合物链段运动，避免通道膨胀。结果显示，该结构在醇环境中表现出极强的稳定性：在长达1000小时的醇浸泡后仍保持超过97%的机械强度，而传统材料在1小时内即严重退化。更重要的是，这种结构稳定性直接转化为电解性能优势。在CO₂制乙醇电解过程中，膜能够维持连续稳定运行，乙醇截留率超过99%，显著抑制产物串漏，并保持稳定的离子传导与电池性能。
意义
该工作从“分子结构设计”出发，提出了通过非极性骨架调控离子通道稳定性的全新思路，突破了离子导电材料在有机产物环境下易失稳的共性难题。相比传统依赖材料本征性质优化的方法，这一策略通过构建“结构约束”实现性能提升，具有更强的普适性与可扩展性。这一设计理念不仅为CO₂电还原制液体燃料提供了关键材料支撑，也为其他涉及有机产物的电化学过程（如有机电合成、电催化转化等）提供了重要参考。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vbrzM-cKA8kF9phA3NCqkQ
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