中文简体
Pyridiini -ioniset nesteet (PILS), tutkittujen ionisten nesteiden aikaisempien sukupolvien joukossa, ovat herättäneet huomion niiden rakenteellisesta yksinkertaisuudesta ja viritettävistä ominaisuuksista. Nämä yhdisteet koostuvat pyridiniumikationista ja monimuotoisesta anionista, ja ne tarjoavat monipuolisen alustan ionisten nesteiden peruskemian tutkimiseksi. PILS: n käytännön soveltamista on kuitenkin rajoitettu tietyt fysikaalis -kemialliset rajoitukset - etenkin niiden suhteellisen korkeat sulamispisteet. Tässä artikkelissa tarkastellaan keskeisiä rakenteen ja parisuhteita, jotka määrittelevät PIL -käyttäytymisen ja arvioivat niiden potentiaalin erilaisissa kemiallisissa ja teollisissa sovelluksissa.
Rakenteelliset ominaisuudet
Pyridiini -ionisten nesteiden määrittelevä piirre on niiden kationisessa kehyksessä. Kationi on tyypillisesti N-alkyylipyridinium-ioni, jossa alkyyliketjun pituus voi vaihdella (esim. Etyyli, butyyli, heksyyli tai Octyl). Tämän substituentin luonne vaikuttaa suoraan tuloksena olevan ionisen nesteen fysikaalisiin ominaisuuksiin, kuten viskositeettiin, lämmön stabiilisuuteen ja sulamispisteeseen. Lyhyemmät alkyyliketjut johtavat tyypillisesti voimakkaampiin ionisiin vuorovaikutuksiin ja lisääntyneeseen kiteisyyteen, mikä johtaa korkeampiin sulamispisteisiin. Sitä vastoin pidemmät ketjut lisäävät hydrofobisuutta ja voivat tukahduttaa kiteisyyden, mikä mahdollisesti laskee sulamispistettä.
Anionisella puolella PILS sisältää laajan valikoiman vastaionia, mukaan lukien:
Halideset: kloridi (cl⁻), bromidi (br⁻)
Fluoratut anionit: tetrafluoroboraatti (bf₄⁻), heksafluorofosfaatti (pf₆⁻), bis (trifluorimetanesulfonyyli) imidi (ntf₂⁻)
Jokainen anioni antaa erityiset lämpö-, kemialliset ja ratkaistavaominaisuudet. Esimerkiksi NTF₂⁻ tunnetaan antavan alhaisen viskositeetin ja korkean lämpöstabiilisuuden, mikä tekee siitä erityisen houkuttelevan korkean lämpötilan ja hydrofobisten järjestelmien kannalta.
Fysikaalis -kemialliset ominaisuudet
PILS: n fysikaalis -kemialliset ominaisuudet ovat läheisesti sidoksissa kationin ja anionin väliseen vuorovaikutukseen. Sulamispiste, usein korkeampi kuin muiden yleisten ionisten nesteiden, kuten imidatsoliumin tai pyrrolidiniumjohdannaisten, on kriittinen rajoittava tekijä. Tämä johtuu suurelta osin pyridiniumrenkaan tasomaisesta aromaattisesta luonteesta, joka kannustaa voimakkaan π-π-pinoamisen ja tilatun pakkauksen kiinteässä tilassa.
Tästä huolimatta pyridiini -ioniset nesteet osoittavat suotuisia piirteitä monessa suhteessa:
Lämpövakaus: Monet PIL: t hajoavat lämpötiloissa yli 200 ° C, mikä tekee niistä sopivia korkean lämpötilan sovelluksiin.
Sähkökemiallinen ikkuna: Ne osoittavat usein leveän sähkökemiallisen ikkunan, joka on tärkeä sähkökemiallisille sovelluksille.
Solvaatiokyky: Anionista riippuen PILS voi liuottaa erilaisia orgaanisia, epäorgaanisia ja polymeerisiä aineita.
Rakenteen ja karjan suhteet
PILS: n rakenteen ja vartiointi -suhteiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää heidän käyttäytymisensä räätälöimiseksi tiettyihin tehtäviin. Tärkeimmät suhteet sisältävät:
Alkyyliketjun pituus vs. viskositeetti ja sulamispiste: Alkyyliketjun pituuden lisääminen yleensä vähentää sulamispistettä, mutta lisää viskositeettia.
Anionityyppi vs. hydrofobisuus ja stabiilisuus: Fluoratut anionit, kuten PF₆⁻ ja NTF₂⁻, parantavat lämpö- ja sähkökemiallista stabiilisuutta, kun taas halogenidit tarjoavat suuremman johtavuuden, mutta pienemmän lämpöä.
Kationin tasomaisuus verrattuna kiinteän tilan pakkaamiseen: Pyridiniumrenkaan tasomainen luonne myötävaikuttaa suurempiin sulamispisteisiin voimakkaamman ionisen hilan muodostumisen vuoksi.
Hakemus
Pyridiini -ioniset nesteet ovat osoittaneet potentiaalia useilla kapealla ja nousevilla alueilla, vaikka ne eivät ole yhtä laajasti kuin muut ioniset nesteet:
Sähkökemialliset järjestelmät
Ionisen johtavuuden ja sähkökemiallisen stabiilisuuden vuoksi PILS on akkujen, kondensaattoreiden ja polttokennojen elektrolyyttien ehdokkaita. Sekä kationin että anionirakenteiden viritettävyys mahdollistaa optimoinnin tietyissä jännitteiden ja johtavuusjärjestelmissä.
Katalyysi- ja reaktioväliaine
PILS: ää on tutkittu liuottimina ja yhteiskatalyytteinä orgaanisissa reaktioissa, etenkin muunnoksissa, jotka hyötyvät ionisista väliaineista, joilla on pieni volatiliteetti ja hyvä lämpökestävyys.
Uutto- ja erotustekniikat
PILS: n selektiivinen liukoisuus mahdollistaa niiden käytön neste-nesteen uuttamisjärjestelmissä metalli-ioneille, orgaanisille epäpuhtauksille ja biomolekyyleille.
Materiaalin käsittely ja polymerointi
Joissakin tutkimuksissa tutkitaan PILS: ää liuottimina tai lisäaineina polymerointireaktioissa hyötyen niiden napaisuudesta ja lämpöominaisuuksista.
Haasteet ja näkymät
PILS: n laajempaa käyttöönottoa rajoittava keskeinen haaste on edelleen heidän suhteellisen korkeat sulamispisteet, etenkin niille, joilla on lyhyet alkyyliketjut ja yksinkertaiset halogenidianionit. Tämän ratkaisemiseksi sisältyy epäsymmetristen alkyyliryhmien käyttö, tilaa vievien tai joustavien anionien sisällyttäminen ja PIL-pohjaisten seosten tai eutektisten järjestelmien synteesi.
Tulevaisuuden kehitys voi myös keskittyä pyridiniumrenkaan funktionalisointiin lisäreaktiivisilla tai koordinoivilla ryhmillä, jotta voidaan mahdollistaa katalyysin, tunnistuksen tai molekyylin tunnistamisen spesifiset vuorovaikutukset. Ympäristöystävällisten ja rakenteellisesti monimuotoisten liuottimien kysynnän kasvaessa odotetaan olevan uusi kiinnostus pyridiini -ionisiin nesteisiin.
Pyridiini -ioniset nesteet tarjoavat rakenteellisesti rikkaat ja toiminnallisesti viritettävän yhdisteiden luokan ionisten nesteiden laajemmassa perheessä. Vaikka niiden käyttöä rajoittaa tällä hetkellä lämpöominaisuudet, rakenteen ja etuoikeuden optimoinnin jatkuva tutkimus voisi avata laajemman sovelluksen valikoiman. Niiden ainutlaatuiset sähkökemialliset ominaisuudet, solvaatiokäyttäytyminen ja modulaarinen suunnittelu tekevät niistä lupaavia ehdokkaita erikoistuneisiin sovelluksiin sähkökemiassa, katalyysissä ja materiaalien käsittelyssä.
