陳鈺，牟天成

（1 廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000； 2 中國人民大學(xué)化學(xué)系，北京100872）

引 言

隨著世界能源格局的改變和人們對(duì)環(huán)境的要求越來越高，對(duì)新能源的需求日益增加。相比于傳統(tǒng)能源，新能源更加高效、綠色和經(jīng)濟(jì)。鋰離子電池、太陽能電池和燃料電池等是重要的新能源[1-3]。電催化反應(yīng)如析氫反應(yīng)(hydrogen evolution reaction,HER)、析氧反應(yīng)(oxygen evolution reaction, OER)、氧氣還原反應(yīng)(oxygen reduction reaction, ORR)也是獲取新能源的關(guān)鍵[4-6]。在電池和電催化反應(yīng)中離不開電解質(zhì)和電極材料[4]，良好的電解質(zhì)和電極材料是提高電池和電催化反應(yīng)效率的關(guān)鍵。綠色化學(xué)的核心之一即溶劑綠色、合成過程綠色和低成本[7]。因此，電池中的電解質(zhì)和合成電極材料所需的溶劑除了滿足一定的效率外還必須環(huán)境友好。所以，實(shí)現(xiàn)綠色能源和綠色電催化反應(yīng)的關(guān)鍵之一在于設(shè)計(jì)環(huán)境友好的電解質(zhì)和溶劑[8]。

傳統(tǒng)有機(jī)溶劑毒性大、容易揮發(fā)且容易燃燒，不利于實(shí)現(xiàn)電池和電催化反應(yīng)的綠色化。常規(guī)的綠色溶劑包括水、超臨界二氧化碳（CO2）、離子液體等[7,9]。超臨界CO2的電導(dǎo)率極低，水的電化學(xué)窗口窄，所以并不適用于作電池和電催化反應(yīng)的電解質(zhì)。離子液體是由有機(jī)陽離子和有機(jī)或無機(jī)陰離子組成，在室溫附近或低于100℃時(shí)呈液態(tài)。離子液體的可設(shè)計(jì)性使得它在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用[10]。另外，離子液體含有大量的離子鍵使得其電導(dǎo)率比較大，從而適用于電池和電催化反應(yīng)的電解質(zhì)[11-12]。但是，離子液體的不穩(wěn)定性[13-15]、揮發(fā)性[13]、吸濕性[16]、生物毒性、合成復(fù)雜及成本高等缺點(diǎn)妨礙其在電池和電催化反應(yīng)中的大規(guī)模應(yīng)用。所以，新型綠色溶劑和綠色電解質(zhì)的設(shè)計(jì)與開發(fā)顯得十分必要。

低共熔溶劑（deep eutectic solvents, DESs）由氫鍵供體（一般為離子化合物，如氯化膽堿、溴化膽堿、甜菜堿）和氫鍵受體（分子化合物，如乙二醇、甘油、氨基酸、乙酰胺、尿素）通過較強(qiáng)的氫鍵相互作用力而形成[17-19]，其熔點(diǎn)比其合成原料的熔點(diǎn)都要低，從而能在室溫附近呈液體狀態(tài)。常規(guī)的DESs由兩個(gè)組分組成，特殊情況下可包含三元組分及更多組分。分子和分子通過鹵鍵、pi-pi 相互作用、硫鍵等其他類型的非共價(jià)相互作用也可以形成低共熔物，將其命名為共熔分子液體（eutectic molecular liquids,EMLs）[20]。通過對(duì)組分?jǐn)?shù)及相互作用力類型的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)DESs 和EMLs 的高度可設(shè)計(jì)性。另外，DESs 具有合成簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性高、純度可靠、能導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)。從而，DESs 在氣體捕集與轉(zhuǎn)化[21-22]、分離萃取[23-24]、生物質(zhì)利用[25-26]、電沉積[27]、電池、電催化等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，DESs 也被認(rèn)為是離子液體的替代物[28]。

特別地，DESs在電池和電催化反應(yīng)領(lǐng)域顯示出巨大潛力。由于DESs能導(dǎo)電，所以能作為電池的電解質(zhì)[29]。DESs 的高調(diào)控性更加有利于設(shè)計(jì)DESs 半凝膠或凝膠用于高效固態(tài)和半固態(tài)電池[30]。DESs對(duì)固體物質(zhì)的高溶解性使得DESs 成為合成電極材料的優(yōu)良溶劑[31]，且所得材料具有某些特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而對(duì)電催化反應(yīng)顯示較高的電流效率。DESs還能增加其與界面之間的相互作用力、吸附底物并活化底物、降低電催化能壘、增加電子的傳輸速率，進(jìn)而提高電催化的效率和選擇性[32]。另外，DESs 對(duì)電極材料中的某些成分具有特殊的相互作用力，使得DESs能高效率地提取電極材料中的某些重要物質(zhì)[33]。

雖然DESs 在其他領(lǐng)域有很多綜述發(fā)表[26,34-36]，但是，DESs在電池和電催化反應(yīng)領(lǐng)域現(xiàn)在還處于起步階段，未見有綜述系統(tǒng)介紹。為系統(tǒng)介紹DESs在電池和電催化反應(yīng)領(lǐng)域中的作用，有必要對(duì)DESs在各類電池、各類電催化反應(yīng)及其機(jī)理研究加以總結(jié)。本綜述內(nèi)容包括（1）DESs作為電池和電催化反應(yīng)的綠色電解質(zhì)；（2）DESs 在電池和電催化反應(yīng)的相關(guān)機(jī)理、化工過程及熱力學(xué)；（3）DESs作為電池和電催化反應(yīng)電極材料的溶劑；（4）DESs 作為回收電極材料的綠色溶劑；（5）展望及相關(guān)問題。其目的旨在探究DESs 促進(jìn)電池效率和電催化反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制、DESs 作為電解質(zhì)的相關(guān)機(jī)理，進(jìn)而為設(shè)計(jì)新型的DESs 用于更加高效綠色的電池和電催化提供科學(xué)指引。

1 DESs作為電解質(zhì)

1.1 鋰離子電池

鋰離子電池是一種需求日益增加的可持續(xù)儲(chǔ)能設(shè)備，其應(yīng)用范圍十分廣泛。電解質(zhì)是鋰離子電池的核心之一。由于鋰離子電池要求電解質(zhì)中含有鋰離子，所以設(shè)計(jì)DESs時(shí)均把含有鋰鹽的組分引入到DESs中。一般有兩種引入方法：作為添加劑引入[37-39]、作為DESs的一個(gè)組分引入[29,40-46]。文獻(xiàn)[29,40-46]表明，在大多數(shù)情況下都是把鋰鹽作為DESs的一個(gè)組分。另外，安全綠色高效的鋰離子電池對(duì)其電解質(zhì)有著很高的要求，如電導(dǎo)率高、電穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、不易燃、成本低、合成簡(jiǎn)易。含鋰DESs作為鋰離子電池的物理化學(xué)性質(zhì)研究十分重要。

Pandey 課題組[37]研究溫度和氯化鋰（LiCl）濃度對(duì)氯化膽堿∶尿素型（ChCl∶urea，1∶2 摩爾比）DESs密度和黏度的影響。溫度和LiCl 濃度的范圍分別是30～85℃和0～2.1 mol·kg-1。結(jié)果表明ChCl∶urea的密度隨著溫度的升高而線性降低；ChCl∶urea的密度隨LiCl 濃度的升高而線性升高。但是，ChCl∶urea的黏度變化與溫度、LiCl 濃度的關(guān)系卻與之不同。具體來說，LiCl+ChCl∶urea 體系的黏度與溫度的關(guān)系可以用Arrhenius 表達(dá)式來描述；ChCl∶urea 的黏度隨著LiCl 的增加而呈指數(shù)增加（指數(shù)增加的幅度在低溫下更為明顯）[37]。LiCl 添加在DESs 中的物理化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律比其添加在離子液體中的相應(yīng)規(guī)律要簡(jiǎn)單得多[37]。

利用多維探針芘，Pandey 等[38]還發(fā)現(xiàn)溫度（30～85℃）的升高能降低ChCl∶urea（1∶2）的偶極性。但是，如果在ChCl∶urea 中加入LiCl 成分，溫度升高對(duì)ChCl∶urea 偶極性降低的程度影響不顯著[38]。衰減時(shí)間分為兩種：短衰減時(shí)間和長(zhǎng)衰減時(shí)間（τ）。溫度對(duì)短衰減時(shí)間影響并不顯著，但是對(duì)τ的影響卻十分顯著。具體來說，無論LiCl 的濃度多少，升高溫度都會(huì)減少τ。特別地，當(dāng)LiCl 的濃度為0.832 mol·kg-1時(shí)，溫度對(duì)τ的降低效應(yīng)最為顯著；增加或降低LiCl 的濃度都會(huì)單調(diào)地減少τ[圖1(a)]。LiCl 的濃度對(duì)τ的影響也十分顯著：在所研究的溫度范圍內(nèi)升高LiCl 的濃度都會(huì)降低τ的數(shù)值，當(dāng)溫度為30℃時(shí)τ隨濃度升高而降低的速率最大[圖1(b)]。Pandey 等[38]把原因歸屬為L(zhǎng)iCl中氯離子能促進(jìn)芘中激發(fā)態(tài)電子的非輻射躍遷路徑。

圖1 LiCl+ChCl:urea體系衰減時(shí)間τ隨溫度的變化(a)及ChCl:urea體系衰減時(shí)間τ隨LiCl濃度的變化(b)[38]Fig.1 Effect of temperature on decay time τ of LiCl+ChCl:urea system(a),and effect of concentration of LiCl on decay time τ of ChCl:urea(b)[38]

由于離子傳輸性質(zhì)對(duì)鋰離子電池電解質(zhì)的重要性，Mustarelli 等[39]研究六氟磷酸鋰（LiPF6）和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）兩種鋰鹽對(duì)氯化膽堿∶乙二醇（ChCl∶EG，1∶3）、氯化膽堿∶乳酸（ChCl∶LA，1∶2）電導(dǎo)率和黏度的影響。黏度的順序可列為：ChCl∶EG ＜ChCl∶LA、LiPF6＜LiTFSI、0.5 mol·L-1＜1 mol·L-1。Walden 圖是研究液體的離子傳輸性質(zhì)的重要手段之一，其對(duì)液體離子傳輸特性可分成以下幾類：good liquids（十分接近對(duì)角線）、poor liquids（對(duì)角線下面）、super liquids（對(duì)角線上面）[47]。Mustarelli 等[39]發(fā)現(xiàn)在對(duì)角線下面的ChCl∶LA+鋰鹽屬于poor liquids，而接近對(duì)角線或在對(duì)角線上面的ChCl∶EG+鋰鹽屬于good liquids 甚至super liquids。最好的液體是0.5 mol·L-1ChCl∶EG LiPF6，在室溫下其電導(dǎo)率值高達(dá)7.95 mS·cm-1[39]，所以被認(rèn)為是一種有潛力的綠色電解質(zhì)。

Biswas 等[46]研究乙酰胺和乙酰胺+鋰鹽型DESs的介電弛豫譜。鋰鹽類型包括溴化鋰（LiBr）、硝酸鋰（LiNO3）、高氯酸鋰（LiClO4）；DESs 中乙酰胺與鋰鹽的摩爾比為4∶1。結(jié)果表明乙酰胺+鋰鹽型DESs的靜電介電系數(shù)比純乙酰胺的靜電介電系數(shù)至多能低4/5，可能的原因是純乙酰胺分子之間的相互作用力比較大會(huì)固定住其移動(dòng)。乙酰胺+鋰鹽型DESs的水動(dòng)力學(xué)有效旋轉(zhuǎn)體積也大大低于純乙酰胺的水動(dòng)力學(xué)有效旋轉(zhuǎn)體積，Biswas 等[46]把原因歸結(jié)為乙酰胺分子的旋轉(zhuǎn)跳躍。另外，含鋰DESs中陰離子類型對(duì)介電弛豫譜中的實(shí)部（ε'）和虛部（ε″）都有比較明顯的影響，上述兩者的大小順序都可列為ClO4＞Br ＞NO3（圖2）[46]。對(duì)于乙酰胺+鋰鹽型DESs體系，Shirota 等[45]用飛秒拉曼感生克爾效應(yīng)光譜發(fā)現(xiàn)陽離子比陰離子對(duì)DESs的微結(jié)構(gòu)影響更大。

實(shí)際需求中，鋰離子電池常常暴露在低溫環(huán)境中。能在低溫下運(yùn)行良好的鋰離子電池關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)其他性質(zhì)良好且熔點(diǎn)很低的電解質(zhì)。Anouti等[41]發(fā)現(xiàn)N-甲基乙酰胺（N-methylacetamide，NMA）與鋰鹽組成的DESs 即是這種良好的鋰離子電池電解質(zhì)。NMA 型DESs 的黏度比較低，如NMA∶LiTFSI，NMA∶LiNO3在25℃的黏度分別為78.38，107.19 mPa·s。NMA 型DESs 的 電 導(dǎo) 率 較 好，如NMA∶LiTFSI，NMA∶LiNO3，NMA∶LiPF6在25℃的電導(dǎo)率分別為1.35，0.76，1.41 mS·cm-1。溫度對(duì)NMA型DESs 的電導(dǎo)率影響也十分顯著，在20～80℃溫度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率的順序?yàn)镹MA∶LiPF6＞NMA∶LiTFSI ＞NMA∶LiNO3；而且在高溫區(qū)間內(nèi)電導(dǎo)率的差異更加明顯（圖3）。不僅如此，NMA 型DESs的熔點(diǎn)也非常低。由圖4可以看出，NMA∶LiTFSI的熔點(diǎn)最低可達(dá)-72℃，對(duì)應(yīng)的摩爾比為4∶1。熔點(diǎn)大小的次序?yàn)椋篘MA∶LiTFSI ＜NMA∶LiNO3＜NMA∶LiPF6。綜合電導(dǎo)率、黏度、熔點(diǎn)等參數(shù)可以認(rèn)為NMA:LiTFSI 更適合作鋰電池電解質(zhì)。NMA 型DESs 的電化學(xué)穩(wěn)定性也比較強(qiáng)，其電化學(xué)窗口在4.7～5 V 的區(qū)間范圍內(nèi)。以上述含鋰DESs 作鋰離子電池的電解 質(zhì) 可 以 得 到160 mA·h·g-1的 容 量 和99% 的效率[41]。

圖2 鋰鹽陰離子對(duì)乙酰胺+鋰鹽型DESs介電弛豫譜中實(shí)部（ε'）與虛部（ε″）的影響[46]Fig.2 Effect of anion in DESs acetamide:lithium salts on real parts(ε')and imaginary parts(ε″)of measured dielectric relaxation spectra[46]

圖3 溫度對(duì)NMA型DESs電導(dǎo)率的影響[41]Fig.3 Effect of temperature on conductivity of NMA-based DESs[41]

圖4 NMA∶LiTFSI型DESs的固液平衡相圖[41]Fig.4 Solid-liquid phase diagram of NMA∶LiTFSI[41]

以往報(bào)道的基于離子液體（如[Pyrr][NO3]）與碳酸丙烯酯混合物的電解質(zhì)的類別均屬于poor liquids，而且隨著離子液體濃度的升高電解質(zhì)體系從poor liquids 向good liquids 靠 近[48]。但 是，Anouti等[42]發(fā)現(xiàn)DES NMA∶LiTFSI 屬于super liquids 級(jí)別，比基于離子液體體系的電解質(zhì)的級(jí)別要高許多。這說明DESs 是一種比離子液體更為優(yōu)良的鋰離子電解質(zhì)[42]。另外，Anouti 等[42]還研究NMA∶LiTFSI 類DES的揮發(fā)性。結(jié)果表明NMA∶LiTFSI（4∶1）在40℃時(shí)的蒸氣壓為20 Pa，低于相同條件下原料乙酰胺（50 Pa）和有機(jī)溶劑（如水10200 Pa，乙腈73800 Pa）的蒸氣壓，但是卻高于離子液體（如[EMIM][TFSI]）的蒸氣壓。由此可見揮發(fā)性順序大概可列為：常規(guī)有機(jī)溶劑＞DESs ＞離子液體。

1.2 鋁電池

雖然鋰離子電池是成功的儲(chǔ)能方法，但是依舊有高成本、安全性和能量密度不夠高、對(duì)空氣敏感等問題。鋁是地球上元素含量最多的金屬，而且具有成本低、傳輸電子數(shù)目多、安全性高、循環(huán)性好等優(yōu)點(diǎn)，所以鋁電池很具潛力。Mori[30]報(bào)道了基于DESs 的全固態(tài)鋁空氣電池，其中鋁作負(fù)極，氮化鈦?zhàn)髡龢O，DESs 作全固態(tài)電解質(zhì)。DESs 的組成是氯化鋁（AlCl3）、尿素、羧甲基纖維素和甘油（摩爾比為3:2:1:1）。以DESs 為鋁空電池的電解質(zhì)，在正極和負(fù)極都檢測(cè)不到含鋁副產(chǎn)物[如Al(OH)3和Al2O3]的生成且具有較高的電池容量（35.0 mA·h·g-1）。在0.1 mA·cm-2的電流密度下，電池的電壓在0.2～1.5 V的范圍內(nèi)；第一次循環(huán)電池容量是35.8 mA·h·g-1，50次充放電后電池容量幾乎不變[30](圖5)。

圖5 基于DESs型全固態(tài)鋁空電池的充放電曲線[30]Fig.5 Charge-discharge curve of Al-air battery with DESsbased all solid state electrotype[30]

1.3 鋅電池

水系鋅電池的主要問題在于析氫、鋅電極鈍化及枝晶生成。研究開發(fā)出新型的電解質(zhì)是一種解決上述問題的方法。目前有兩種研究思路：無水DESs 和含水DESs。Kheawhom 等[51]用ChCl∶urea（1∶2）+0.3 mol·L-1ZnCl2作無水電解質(zhì)則改善了以上的幾個(gè)缺陷（金屬鋅為負(fù)極、二氧化錳MnO2為正極）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)此鋅電池沒有檢測(cè)到枝晶、金屬鈍化層。這是因?yàn)楹\離子能循環(huán)地在ChCl∶urea+0.3 mol·L-1ZnCl2型電解質(zhì)和MnO2電極中可逆地嵌入脫嵌。以ChCl∶urea+0.3 mol·L-1ZnCl2為電解質(zhì)的鋅電池的比容量能高達(dá)170 mA·g-1且循環(huán)性能較強(qiáng)[51]。Kheawhom 等[51]解釋其機(jī)理為：放電時(shí)金屬鋅在負(fù)極氧化成鋅離子；鋅離子與DESs電解質(zhì)中的氯離子結(jié)合生成[ZnCl4]2-；[ZnCl4]2-遷移到正極并嵌入到MnO2正極中形成ZnxMnO2。充電時(shí)則相反，從正極ZnxMnO2脫嵌的鋅離子與電解質(zhì)形成[ZnCl4]2-遷移到負(fù)極上且還原成金屬鋅。

Cui 等[52]則報(bào)道含水DESs 作電解質(zhì)時(shí)的鋅電池。他們篩選出urea∶LiTFSI∶Zn(TFSI)2+水（水的摩爾分?jǐn)?shù)為30%）體系作為電解質(zhì)。DESs的原料均是固體，但由原料組成的二元L-DESs[不含Zn(TFSI)2]和三元LZ-DES[含Zn(TFSI)2]在室溫下均呈現(xiàn)液態(tài)。組分之間的低共熔現(xiàn)象使得LZ-DES 蒸氣壓只有水蒸氣壓的四分之一。隨著溫度的升高LZ-DES 和LZ-DES+水體系的電導(dǎo)率均降低。增加水的含量能增加LZ-DES 的電導(dǎo)率，但是減少其黏度和熔點(diǎn)。水與urea∶LiTFSI∶Zn(TFSI)2形成很強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)相互作用力，從而能抑制水在鋅電極上的析氫反應(yīng)；而且由拉曼光譜還發(fā)現(xiàn)水濃度較低時(shí)LZ-DES 的結(jié)構(gòu)保持得比較完整[52]。所組裝的鋅電池在0.1 C 300個(gè)循環(huán)后的可充電效率可達(dá)90%，放電電壓可達(dá)1.92 V，實(shí)際能量密度高達(dá)52 W·h·kg-1（2 A·h，約9.8倍鋅電極量）[52]。

1.4 太陽能電池

染料敏化電池比常規(guī)光伏電池的優(yōu)點(diǎn)在于高效、低成本。但是，染料敏化電池中揮發(fā)且有毒的有機(jī)電解質(zhì)大大限制其廣泛使用。Tran 等[32]設(shè)計(jì)了11 種DESs 用于從電解質(zhì)角度改善染料敏化電池的長(zhǎng)期使用效率。結(jié)果表明在DESs+乙腈的電解質(zhì)體系中染料敏化電池能得到比較穩(wěn)定的效果，原因在于DESs 與二氧化鈦表面的強(qiáng)烈相互作用力[32]。但是上述電解質(zhì)體系仍然涉及到有機(jī)溶劑的使用，所以不含有機(jī)溶劑電解質(zhì)體系的使用更具挑戰(zhàn)性。Abbotto 等[53]使用氯化膽堿∶甘油（ChCl∶glycerol，1∶2）+水為電解質(zhì)發(fā)現(xiàn)染料敏化電池的能量轉(zhuǎn)化效率與有毒且揮發(fā)性大的有機(jī)電解質(zhì)具有相似的效果。Wang 等[54]報(bào)道染料敏化電池在碘化膽堿∶甘油（ChI∶glycerol，1∶3）+水體系中也能有較好的電池參數(shù)。

1.5 液流電池

含水電解質(zhì)體系的氧化還原液流電池不僅降低氧化還原離子的穩(wěn)定性，而且不利于氧化還原離子在電解質(zhì)的溶解。Yang 等[55]開發(fā)非水的DES 電解質(zhì)ChCl∶urea（1∶2）與相同條件下水系電解質(zhì)體系相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：比容量多54.6%、容量保持能力更強(qiáng)、熱穩(wěn)定性更高。原因是ChCl∶urea 不含水且釩離子和鐵離子在ChCl∶urea 中的溶解度比在水中的高[55]。但是，DES 電解質(zhì)的缺點(diǎn)之一在于其較高的黏度和較低的擴(kuò)散系數(shù)。解決的方法之一是升高體系的溫度。他們發(fā)現(xiàn)升高溫度不僅能增加氯化鐵FeCl3和氯化釩VCl3在DES中的溶解度，而且能夠大大地降低電解質(zhì)的黏度和電阻[55]。從室溫（約22℃）升高到50℃，體系的電阻能降低至1/3，F(xiàn)eCl3+ChCl:urea 和VCl3+ChCl:urea 體系的黏度也能分別降低至約1/2和1/3[55]。

除升高溫度，在DESs中添加氣體成分也是降低DESs 黏度、增加DESs 電導(dǎo)率的方法之一。液流電池DES（ChCl∶urea，1∶2）電解質(zhì)中可引入CO2氣體添加劑[56]。結(jié)果表明在室溫條件下通入CO2至飽和后DES 的黏度和電阻分別降低10%和24%；升高溫度時(shí)由于CO2在DES 溶解度的降低則會(huì)使黏度和電阻的降低程度減少[56]。添加CO2能夠降低DESs 黏度、增加DESs 電導(dǎo)率的原因在于DESs 與CO2之間的強(qiáng)相互作用力[57]。其他氣體，如氨氣（NH3）[21]、二氧化硫[58]也能使DESs 的黏度降低、電導(dǎo)率增加。需要注意的問題在于氣體的泄漏和氣體的電化學(xué)還原，比如文獻(xiàn)中有許多關(guān)于CO2電還原的報(bào)道[10,59-62]。同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2電還原和液流電池的高效利用可能是一個(gè)能源高效利用的方略。

鐵-鋁雜化液流電池由于鐵和鋁的廉價(jià)、含量豐富，從而具有高理論容量和強(qiáng)大應(yīng)用前景。鐵-鋁雜化液流電池中鋁作負(fù)極、鐵作正極、AlCl3∶urea作負(fù)極電解質(zhì)、FeCl3·6H2O∶urea∶glycol（FeCl3·6H2O代表六水氯化鐵，glycol 代表乙二醇）作正極電解質(zhì)[63]。不過，單純DESs 作電解質(zhì)的黏度較高，電導(dǎo)率較低，所以為改善液流電池的效率仍舊往電解質(zhì)中摻入有機(jī)溶劑，如二氯乙烷、碳酸二甲酯[63]。ChCl∶glycol（1∶2）+1 mol·L-1CuCl2為電解質(zhì)的全銅雜化液流電池則可達(dá)到94%的庫侖效率和不低于0.75 V的電池電動(dòng)勢(shì)[64]。

1.6 超級(jí)電容器

超級(jí)電容器即電化學(xué)雙層電容，是一種高能量密度和能長(zhǎng)期使用的儲(chǔ)能設(shè)備。在高溫下也能長(zhǎng)期高效使用的超級(jí)電容器是當(dāng)今科學(xué)界和工業(yè)界的一個(gè)挑戰(zhàn)，其關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)高溫下穩(wěn)定且高效的電解質(zhì)。Sawangphruk 等[65]用四丙基溴化氨∶乙二醇（TPAB∶glycol，摩爾比為1∶3、1∶4、1∶5）作為超級(jí)電容器的電解質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此超級(jí)電容器能在115℃的溫度下長(zhǎng)期使用，比文獻(xiàn)報(bào)道的80℃要高35℃。而且，Sawangphruk 等[65]所設(shè)計(jì)的超級(jí)電容器不含氟元素，比容量隨著溫度的升高而增加，到115℃時(shí)能高達(dá)172 F·g-1。聚乙烯醇∶乙酰胺∶高氯酸鋰（PVA∶acetamide∶LiClO4）型DESs 凝膠電解質(zhì)能用于可穿戴超級(jí)電容器中，得到約4.2 V 的電壓和245 W·h·kg-1的能量密度，而且循環(huán)使用6000 次后其穩(wěn)定性基本不發(fā)生改變，電容保持率也能高達(dá)91.5%[66]。DESs 凝膠電解質(zhì)還可以通過DESs（如ChCl∶glycol，1∶2）負(fù)載到聚合物上以增加超級(jí)電容器的綠色性和效率[67]。

水的電解是超級(jí)電容器的副反應(yīng)。質(zhì)子性DESs 電解質(zhì)（LiTFSI∶甲酰胺，1∶4）會(huì)使超級(jí)電容器在工作時(shí)有25%的電荷用于氫氣釋放，但是氣體析出的反應(yīng)電化學(xué)可逆仍可使超級(jí)電容器有比較好的能量密度[68]。含鈉DESs 電解質(zhì)（NaNO3∶NMA，1∶9）也能促進(jìn)超級(jí)電容器的效率，開路電壓能達(dá)到2.0 V 且能在較高的溫度80℃下使用[69]。Anouti 等[44]以LiNO3∶NMA (1∶4)和LiTFSI∶NMA (1∶4)作為超級(jí)電容器的電解質(zhì)測(cè)試電化學(xué)阻抗譜發(fā)現(xiàn)一些有趣的結(jié)果。當(dāng)電壓差區(qū)間ΔE＞2 V 時(shí)，LiTFSI∶NMA出現(xiàn)兩對(duì)可逆峰(1)/(1)'和(2)/(2)'，意味著鋰離子的嵌入脫嵌；但是當(dāng)ΔE= 1.8 V 時(shí)則不出現(xiàn)此鋰離子嵌入脫嵌的峰[圖6（a）]。在ΔE=2.6 V 時(shí)比電容可高達(dá)380 F·g-1，此數(shù)值與相同條件下水體系電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)的數(shù)值比較相似[圖6(b)][44]。在循環(huán)前LiTFSI∶NMA（6 Ω）的 等 效 系 列 電 阻（ESR，equivalent series resistance）小于LiNO3∶NMA（9 Ω），LiTFSI∶NMA 與LiNO3∶NMA 的等效擴(kuò)散電阻（EDR，equivalent diffusion resistance）卻差不多[圖7(a)]。但是，在循環(huán)后LiTFSI∶NMA 與LiNO3∶NMA 的ESR 和EDR 都有相應(yīng)的增大，這意味著陰離子嵌入電極材料的孔道增大相應(yīng)電阻的數(shù)值[44][圖7(b)]。LiTFSI:NMA 比LiNO3:NMA 的EDR 要大，原因可能歸結(jié)為TFSI 陰離子的體積比NO3陰離子的體積大不利于LiTFSI:NMA的擴(kuò)散[44]。

1.7 CO2電還原

CO2的高效電還原需要合適的電解質(zhì)。離子液體是最近報(bào)道CO2電催化還原的高效電解質(zhì)[10,62]。與離子液體相比，DESs 有低成本、高降解性、無毒、合成簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，所以DESs 是CO2電催化還原的優(yōu)良電解質(zhì)。Dyson 等[70]首次報(bào)道DES 作為CO2電還原的電解質(zhì)，結(jié)果表明CO2電還原成CO 的法拉第效率 順 序 為：[BMIM][Cl]:glycol（1∶2，95.8%）＞ChCl∶glycol（1∶2，78.0%）＞ChCl:urea（1∶2，59.0%）+15%(體積)水＞ChCl∶urea（1∶2，15.8%），[BMIM][Cl]為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽。ChCl∶urea的黏度比較大從而法拉第效率只有15.8%，加入水或換成低黏度的ChCl∶glycol 都使得法拉第效率大大提高。但是，水的含量也不能太高，如果水的濃度過高會(huì)使得析氫反應(yīng)大大增加，如1 mol·L-1ChCl∶glycol（在水中）的CO 生成法拉第效率只有23.3%，比在純ChCl∶glycol中降低了2/3以上[70]。設(shè)計(jì)在室溫條件下黏度低、電導(dǎo)率高、電化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、CO2溶解度大且活化CO2程度高的新型DESs 是改善CO2在DESs 電解質(zhì)中電還原效率和選擇性的一種可能方略。

圖6 三電極體系5 mV·s-1掃描速率時(shí)LiTFSI∶NMA（1∶4）的循環(huán)伏安圖（a）及ΔE=2.6 V時(shí)相應(yīng)的比電容（b）[44]Fig.6 Cyclic voltammogram of LiTFSI∶NMA(1∶4)at 5 mV·s-1 in three-electrode system(a)and corresponding specific capacity at ΔE=2.6 V[44]

圖7 在80℃、5 mV條件下LiNO3∶NMA（1∶4）和LiTFSI∶NMA（1∶4）在正極材料上從100 kHz到10 mHz區(qū)間范圍內(nèi)的尼奎斯特電化學(xué)阻抗譜[包括等效系列電阻（ESR，equivalent series resistance）和等效擴(kuò)散電阻（EDR，equivalent diffusion resistance）兩個(gè)部分][44]Fig.7 Nyquist plots for electrochemical impedance spectroscopy(including ESR,equivalent series resistance and EDR,equivalent diffusion resistance)of LiNO3∶NMA(1∶4)and LiTFSI∶NMA(1∶4)at 80℃and 5 mV in frequency range from 100 kHz to 10 mHz before and after cycling[44]

2 DESs 作為合成電極材料的溶劑/電解質(zhì)

2.1 鋰離子電池

DESs不僅是電池與電催化反應(yīng)良好的電解質(zhì)，也是合成電極材料和太陽能電池半導(dǎo)體材料良好的溶劑/電解質(zhì)。ChCl∶glycol 為溶劑在130℃合成橄欖石形的磷酸錳鋰和碳的納米棒（LiMnPO4/C，約125 nm 長(zhǎng)，50 nm 直徑）用于鋰離子電池，其放電容量128 mA·h·g-1且在1 C 時(shí)100 次循環(huán)后保持率高達(dá)93%[71]。ChCl∶glycol 的作用在于能抑制LiMnPO4新晶面的生成以調(diào)控晶體生長(zhǎng)的方向和形貌[71]。尼奎斯特電化學(xué)阻抗譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)的電阻Re和電荷轉(zhuǎn)移的電阻Rct分別為10.9 Ω 和128 Ω，較低的電阻值說明DESs 合成的LiMnPO4/C 納米棒促進(jìn)電解質(zhì)的遷移和電荷的轉(zhuǎn)移[71]。Gu等[72]以DES為溶劑合成二氧化錫納米顆粒用于鋰離子電池的負(fù)極材料，充放電實(shí)驗(yàn)表明能量密度高達(dá)1045 mA·h·g-1。

2.2 鈉電池

鈉離子電池與鋰離子電池相比優(yōu)點(diǎn)在于鈉元素的含量豐富、便宜及鈉離子與鋰離子相似的物理化學(xué)性質(zhì)。ChCl∶glycol（1∶2）為溶劑合成的鈦酸鈉（Na2Ti3O7）片（70℃溶解，500℃焙燒），與傳統(tǒng)的合成方法相比較更加溫和、便宜與綠色[73]。另外，ChCl∶glycol還能調(diào)控鈦酸鈉的尺寸與形貌。Na2Ti3O7片與片之間會(huì)層疊，層與層之間擁有小孔，這些孔為鈉離子的嵌入提供空間。合成的Na2Ti3O7能作為鈉離子電池的電極，其放電比容能分別達(dá)到127 mA·h·g-1（50 個(gè)循環(huán)，1 C）和72 mA·h·g-1（2000 個(gè)循環(huán)，5 C）[73]。

2.3 太陽能電池

ChCl:urea（1:2）同時(shí)溶解氯化銅（CuCl2）、氯化鎵（GaCl3）、氯化銦（InCl3）電沉積出Cu-In-Ga 前體可用于太陽能電池光伏材料銅銦鎵硒[Cu(In,Ga)Se2，CIGS][74]。電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試表明三種離子的擴(kuò)散系數(shù)順序?yàn)椋篊u2+＞In3+＞Ga3+。利用DESs合成Cu-In-Ga 前體的步驟簡(jiǎn)便、條件溫和，與傳統(tǒng)的真空噴涂法相比更加節(jié)能環(huán)保。而且，在電化學(xué)沉積過程中DESs 能抑制氫氣的析出，提高電化學(xué)效率[74]。Malaquias 等[75-76]也一鍋法在ChCl∶urea（1∶2）中電沉積出比較理想的Cu-In-Ga 前體用于CIGS。Yang等[77]在DES中電沉積出Cu-Ga前體用于合成CuGaS2的晶形比較完美，而且沉積電勢(shì)越大越能增加Cu/Ga 的摩 爾比。Dale 等[78]利用DESs 沉積Cu-Ga 前 體也抑制了氫氣的析出和提高電沉積的效率，為下一步低成本合成CuGaSe2提供良好的基礎(chǔ)。

2.4 液流電池

DESs 也是合成液流電池所需電極材料的電沉積優(yōu)良電解質(zhì)。Savinell 等[79]利用FeCl3在ChCl∶glycol（1∶4）中的高溶解性以沉積鐵。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cl∶Fe ≥4∶1（FeCl2∶ChCl∶glycol，0.5∶1∶4）時(shí) 電解質(zhì)中主要以[FeCl4]-和[FeCl4]2-的形式存在，此時(shí)液流電池容量工作14個(gè)循環(huán)后也基本不發(fā)生改變。當(dāng)Cl∶Fe ＜4∶1（FeCl2∶ChCl∶glycol，1∶1∶4）時(shí)，乙二醇和鐵離子能發(fā)生強(qiáng)烈的配合相互作用，這種配合作用降低電解質(zhì)的流動(dòng)性和電導(dǎo)率也改變鐵沉積的機(jī)理，此時(shí)液流電池不能顯示出正常的充放電性能[79]。

2.5 超級(jí)電容器

Mu 等[80]用DES 剝離生物蠶絲生成納米纖維絲薄膜隔離超級(jí)電容器能獲得高達(dá)171 F·g-1（1 A·g-1）的比容和86%的保持率。Some 等[81]用DES 還原氧化石墨烯為硫、氮共摻雜的石墨烯材料。DES 的組分是氯化膽堿∶硫化鈉（ChCl∶Na2S），其含有硫元素和氮元素提供摻雜的硫源和氮源。DES的作用是多功能化的，包括溶劑、還原劑、摻雜劑。合成的硫、氮共摻雜的石墨烯材料為超級(jí)電容器電極材料時(shí)具 有57.3 W·h·kg-1的 能 量 密 度（509 F·g-1，1 A·g-1）[81]。Seo 等[82]也利用DESs 為原料（氯化膽堿:二氧化錫，ChCl∶SnO2，1∶2）一鍋法合成三元納米雜化材料Sn/SnO2@C 用于超級(jí)電容器，并取得比較理想的能量密度（109.7 mA·h·g-1，1.42 mA·cm-2）和100%的容量保持率（5000 循環(huán)后）。Monte 等[83]則用間二苯酚∶氯化膽堿∶甘油（1∶1∶1）為原料、甲醛和磷酸為催化劑在水溶液中合成含磷碳材料，盡管間二苯酚∶氯化膽堿∶甘油在水中的濃度只有57%，但依舊保持超分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。能量密度和開路電壓分別高達(dá)13 W·h·kg-1和1.4 V[83]。

2.6 ORR

ORR 是可持續(xù)燃料電池的正極反應(yīng)，傳統(tǒng)的ORR電催化劑含有鉑鈷等金屬[84]不利于工業(yè)的廣泛應(yīng)用，所以設(shè)計(jì)高效的非金屬ORR 電催化劑是燃料電池的關(guān)鍵。鞣酸∶尿素（質(zhì)量比1∶1）為原料、氯化鋅為模板和碳化促進(jìn)劑在一定條件下能高效合成含氮石墨碳材料，此材料顯示良好的ORR 效率[85]。ORR 高效率可歸結(jié)為含氮石墨碳材料的高比表面積、高吡啶氮含量及內(nèi)在的缺陷。與標(biāo)準(zhǔn)的鉑碳材料相比，含氮石墨碳材料的ORR效率比較相近[85]。

2.7 OER、HER、電化學(xué)全解水

電化學(xué)全解水是獲取可持續(xù)清潔能源氫氣的一種有效方略，其包括兩個(gè)電極反應(yīng)：OER、HER。要提高電化學(xué)全解水的效率則要提高OER 和HER兩個(gè)電極反應(yīng)的效率，特別是OER 反應(yīng)比較緩慢[86]，所以關(guān)鍵在于OER。當(dāng)然，如果HER 和OER能同時(shí)提高對(duì)電化學(xué)全解水則更佳。Mu 等[87]開發(fā)一種基于DESs（六水氯化鎳∶丙二酸）的簡(jiǎn)易、溫和、綠色且便宜的合成石墨烯包裹磷化鎳（Ni2P@G）的全解水電催化劑。Ni2P@G 的優(yōu)勢(shì)在于擁有較低的水全解超電勢(shì)，獲得10 mA·cm-2的電流密度只需要1.51 V 的電壓[82]。Bandosz 等[31]電沉積的磷鈷電催化劑（ChCl∶glycol 為電解質(zhì)）對(duì)HER 和OER 的過電勢(shì)只有62 mV 和320 mV（截止電流10 mA·cm-2）。Zhang等[88]在ChCl∶urea中電沉積氧鈷和硒鈷雜化薄膜電催化劑用于全解水時(shí)分別對(duì)HER 和OER 擁有85 mV和340 mV的過電勢(shì)（10 mA·cm-2）。

全解水的其中一個(gè)電極反應(yīng)HER 也可以通過設(shè)計(jì)合適的電催化劑予以改善。Zhang 等[89]在DES中合成的NiPx薄膜HER 時(shí)只有105 mV 的過電勢(shì)和44.7 mV·dec-1的塔菲爾斜率。Lu 等[90-91]在DESs 中共沉積出Ni金屬和Ni-Mo-Cu 三元金屬擁有較低的HER 過電勢(shì)。Mohan 等[92]研究發(fā)現(xiàn)在DESs 中電沉積的三元金屬Ni-Co-Sn 比二元金屬（包括Ni-Sn 和Co-Sn）更適合于HER。

改善OER 的電催化劑更是改善全解水制氫的關(guān)鍵。Fu 等[93]在DESs 介質(zhì)中合成的氧化銅@碳三氮四（CuO@C3N4）催化劑在33 mA·cm-2的電流密度時(shí)只有0.77 V 的OER 過電勢(shì)。六水氯化鈷∶尿素（CoCl2·6H2O∶urea，1∶1）是鹽和尿素形成的DES。Li等[94]用CoCl2·6H2O∶urea 為原料一鍋法合成無定形的CoOOH 電催化劑用于OER 過程。活化后的電催化劑、活化前的電催化劑、鎳泡沫在OER 過程中10 mA·cm-2的條件下過電勢(shì)分別為291、321、417 mV[圖8(a)]；塔菲爾斜率分別為65、76、234 mV·dec-1[圖8(b)][94]。這意味著活化后的電催化劑電子傳輸速率最快，最適用于OER。不同掃描速度的循環(huán)伏安曲線可計(jì)算出活化后的電催化劑雙電層電容為8.5 mF·cm-2[圖8(c)、(d)]，表示此催化劑具有較大的電催化活化位點(diǎn)暴露。

圖8 活化前、活化后和鎳泡沫的OER過程的極化曲線（a），塔菲爾曲線（b），循環(huán)伏安曲線（c）和雙電層電容（d）[94]Fig.8 Polarization curve(a),Tafel curve(b),cyclic voltammetry curve(c)and double-layer capacitance(Cdl)(d)of OER with electrocatalyst before activation,after activation and nickel(Ni)foam[94]

Xu 等[95]在DESs 中合成氮和硫共摻雜的鐵鈷鎳三元電催化劑在OER 中可達(dá)251 mV 的過電勢(shì)和58 mV·dec-1的塔菲爾斜率。Seo 等[96]發(fā)現(xiàn)溫和條件下在綠色DES（氯化膽堿∶丙二酸）介質(zhì)中可以合成八面體釩酸鈷。氯化膽堿∶丙二酸的作用有多個(gè)：溶劑、模板；八面體釩酸鈷用于OER 只有324 mV 的過電勢(shì)（10 mA·cm-2）[96]。Mu 等[97]首次使用乙二硫醇∶丁胺型（1∶1）DES和超臨界CO2合成硫化鈷（CoSx）納米片。比較有趣的現(xiàn)象是乙二硫醇和丁胺型都不導(dǎo)電，但是兩者的共熔物乙二硫醇:丁胺型則具有較高的導(dǎo)電率（12.85 mS·cm-1）；鈷不溶于乙二硫醇:丁胺但是加入硫后則能完全溶解。在堿性電解質(zhì)中（1 mol·L-1KOH）CoSx在玻碳電極（GCE）上擁有64.8 mV·dec-1的OER 塔菲爾斜率且顯示出302 mV 的過電勢(shì)，比二氧化銥的過電勢(shì)（340 mV）要低得多；另外，1000 次循環(huán)使用后仍能保持優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性[圖9(a)][97]。電極對(duì)OER 有顯著的影響：OER 效率在鎳泡沫電極上降低，但是在金/鎳泡沫電極上則升高[圖9(b)]。Arrhenius 曲線表明活化能為54 kJ·mol-1，表明是電壓決速步過程[圖9(c)]。恒電壓測(cè)試表明即使超過300 h 電壓降也不明顯，再次確認(rèn)電化學(xué)催化劑的高穩(wěn)定性[圖9(d)][97]。Mu 等[98]還發(fā)現(xiàn)在綠色聚乙二醇型DES（PEG200∶硫脲，2∶1）合成的硫化鎳鈷（NiCo2S4）過電勢(shì)和塔菲爾斜率較低，且比氧化物、單金屬硫化物或其他比例硫化鎳鈷數(shù)值都要低[圖10(a)～(c)]。電化學(xué)阻抗譜發(fā)現(xiàn)無補(bǔ)償系列電阻差別不大，但是NiCo2S4的電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，表明電子在NiCo2S4的催化劑上的電荷轉(zhuǎn)移最快、NiCo2S4的活性位點(diǎn)和活性面積（8.699 μF·cm-2）最活躍[圖10(d)][98]。

2.8 氮?dú)猓∟2）電還原、乙醇電氧化

電化學(xué)固氮的困難之一在于其較高的反應(yīng)能壘用于斷裂氮氮三鍵，解決方法之一在于合成合適的電催化劑以降低能壘。PEG200 和硫脲的熔點(diǎn)分別為-55℃和176℃，而由上述兩者組成DES PEG200∶硫脲（2∶1）的熔點(diǎn)是-89℃。Mu 等[99]用聚乙二醇200∶硫脲（PEG200∶硫脲，2∶1）為溶劑和硫源合成硫化鐵（Fe3S4）納米片，其電催化轉(zhuǎn)化N2為NH3的產(chǎn)率和法拉第效率高達(dá)75.4 μg·h-1·mg-1和6.45%。乙醇也是醇型燃料電池的重要原料，所以乙醇電氧化的研究也很有必要。Zhuo 等[100]通過改變DES+水體系中水的濃度合成不同形貌不同尺寸的納米金顆粒，包括納米金星、納米花和納米牙。結(jié)果表明DES 介質(zhì)中合成的納米金比商業(yè)購買的金電極乙醇氧化電位要低且催化電流要高[100]。

圖9 硫化鈷負(fù)載到玻碳電極GCE（a）和金電極（b）的OER線性掃描伏安曲線及塔菲爾曲線，Arrhenius曲線（c）和電催化劑負(fù)載到金電極上的恒電流曲線（d）[97]Fig.9 LSV curve and Tafel curve for CoSx on GCE(a)and gold electrode(b),Arrhenius plot(c)and chrono-potentiometric curve at 30 mA·cm-2 for electrocatalyst on gold electrode(d)[97]

3 DES作為回收電池的萃取劑

廢舊電池的回收也是綠色電池的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)報(bào)道中，鋰離子電池中鋁箔和正極材料的分離常常需要強(qiáng)腐蝕性的酸堿溶劑，從而會(huì)釋放有毒有污染的氟化氫等物質(zhì)。Li 等[101]首次使用ChCl∶glycerol（2.3∶1）能在較為溫和（190℃）的條件下快速（15 min）高效地[99.86%（質(zhì)量）]實(shí)現(xiàn)分離。機(jī)理研究表明主要是ChCl∶glycerol中的羥基與聚偏二氟乙烯中的氫原子的強(qiáng)相互作用使聚偏二氟乙烯的黏附 效 果 降 低[101]。Ajayan 等[33]發(fā) 現(xiàn)ChCl∶glycol 與 炭黑、鋁箔、聚偏二氟乙烯在室溫到105℃范圍內(nèi)都不發(fā)生反應(yīng)，但是能高效地溶解鋰正極材料（如鈷酸鋰、鋰鈷鎳錳氧化物）。ChCl∶glycol 溶解鈷酸鋰的最低溫度只有80℃，ChCl∶glycol 扮演的角色是溶劑和還原劑，能把鈷酸鋰還原生成[CoCl4]2-[33]。堿性鋅錳廢舊電池中有大量的鋅元素和錳元素。Romero-Romo 等[102]采用氯化乙酰膽堿:尿素從堿性電池廢液中高效地電沉積錳或鋅錳合金在GCE 上。Payne等[103]首次使用DESs 從太陽能電池的鈣鈦礦中高效地電化學(xué)沉積出鉛，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦中99.8%的鉛能夠用DESs實(shí)現(xiàn)回收利用。

4 結(jié)論與展望

DESs 是一種綠色、廉價(jià)、穩(wěn)定且易合成的電解質(zhì)和溶劑。在電池和電催化領(lǐng)域一方面能作為電池的電解質(zhì)促進(jìn)電池的效率，另一方面能作為溶劑以合成有特殊功能的電極材料。在電池和電催化反應(yīng)回收的領(lǐng)域，DESs也扮演著綠色可持續(xù)循環(huán)使用的萃取劑。所以，DESs是比傳統(tǒng)綠色溶劑（水、超臨界CO2、離子液體）在電池和電催化領(lǐng)域更有潛力的新型綠色溶劑。

圖10 硫化鈷鎳作OER電催化劑的極化曲線（a），過電勢(shì)（b），塔菲爾曲線（c）及電化學(xué)阻抗（d）[98]Fig.10 Polarization curve(a),overpotential(b),Tafel curve(c)and electrochemical impedance spectroscopy of OER by using NiCo2S4 as electrocatalyst(d) [98]

但是，DESs在使用過程中也會(huì)有以下缺陷：（1）在作溶劑合成功能化電極材料時(shí)，DESs大多數(shù)也是合成的原料，從而不能循環(huán)使用。（2）有些DESs具有吸濕性[104]，這可能對(duì)電池和電催化反應(yīng)有極大的影響。（3）有些DESs 具有長(zhǎng)期不穩(wěn)定性[105-107]和揮發(fā)性[108-109]，在使用過程中需要引起注意。

DESs 在電池和電催化反應(yīng)領(lǐng)域中的應(yīng)用有以下幾點(diǎn)展望：

（1）DESs 的各種穩(wěn)定性需要特別關(guān)注，包括熱穩(wěn)定性、揮發(fā)性、電化學(xué)穩(wěn)定性、光化學(xué)穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。

（2）DESs 與其他介質(zhì)相混合時(shí)，DESs 微觀結(jié)構(gòu)的保持性可能需要予以關(guān)注。

（3）DESs回收廢舊電池和廢舊電極的報(bào)道并不多，而且效率也并不高，亟需設(shè)計(jì)高效的DESs 用以高效回收電池和電催化反應(yīng)排出的廢物。

（4）DESs 為電解質(zhì)時(shí)，DESs 的電導(dǎo)率普遍偏低，而黏度偏高，除改變外界因素外（如溫度、添加劑），可以考慮在DESs 引入功能化基團(tuán)以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率高、黏度低、穩(wěn)定性高等多種目標(biāo)。