随着CO2 捕集和存储(CCS)技术的日益发展,众多多孔性固体材料被应用于CO2 的捕集,但绝大多数的多孔材料存在CO2 分子在微孔结构中扩散速率慢、传输距离远的问题.[1] 2D 无机纳米片各相异性的形貌和表面存在的众多活性位,使其可作为合成多孔的、CO2 高活性吸附材料的理想结构单元,单原子层厚度的单晶纳米片堆叠形成的开放的孔结构理论上具有更快的吸附动力学.[2] TiO2 层状纳米材料能够剥离成2D 的无机纳米片,并作为结构基元在客体物种存在的条件下自组装合成新型的杂化介孔吸附剂.[3]另外,使用离子液体(ILs)分离工业气中的CO2 近年来也引起广泛关注,为了提高其经济性以及分离循环使用的可操作性,可将离子液体负载在固体材料上,ILs 的固载化可结合ILs 和负载材料的优点,[4] 因此,合成2D 无机TiO2 纳米片和咪唑型ILs 复合的新型层状复合物,并研究有机-无机界面效应对CO2 吸附性能的影响不仅具有重大的科学意义,还有利用拓宽其在新型能源领域的应用.本研究使用溶胀剥离的方法将质子化的层状钛酸前驱体剥离成厚度仅有1.2 nm 的单晶TiO2 纳米片,再通过静电作用将层间的柱撑剂TBA+阳离子与不同碳链长度的咪唑型ILs([Emim]Cl,[Bmim]Cl,[Hmim]Cl,[Omim]Cl)进行离子交换,纳米片发生聚沉重新堆积成层状结构,咪唑阳离子基于氢键作用、咪唑环间的π-π 共轭作用以及碳链间的疏水作用排列在纳米片的层间孔道中(图1 左).ILs 碳链的长度会影响离子液体与纳米片之间的作用力大小,改变复合材料的层间距,从而形成形貌及物化性质不同的复合材料,进而影响CO2 的吸收性能.CO2 吸收性能测试发现(图1 右),酸化处理后的纳米片CO2 吸收量最大,在4bar时达到3.78 wt％；而复合离子液体后,CO2 的吸收量整体下降,证明ILs 的复合影响了ILs-TiO2 界面处的亲疏水性,使得界面处亲水性减弱,进而CO2 吸收性能下降.而在复合材料中,CO2 吸收性能随咪唑阳离子碳链长度的增加而增加,TiO2-Omim 的吸收量达到最大,这是由于咪唑环中碳链长度的增加会使得复合材料层间出现更多的有利于CO2 分子进入和扩散的孔道.我们进一步提出有机-无机复合材料中CO2 吸附的可能机理：吸收能力的提高主要是由吸附在复合材料表面的水分子推动,当CO2 与纳米片表面的水分子作用时,会快速生成CO32-和H+,而H+可以被带负电的TiO2 纳米片捕集,因此CO32-会与咪唑型阳离子作用来保持体系的电荷平衡,如此来不断推动CO2 的吸收.