中文简体
Edistyneiden materiaalien jatkuvasti kehittyvässä maisemassa, ioniset nesteet (ILS) ovat nousseet vallankumouksellisena aineen luokkaan, jotka uhmaavat nesteiden, suolojen ja liuottimien tavanomaisia luokituksia. Mutta mikä tarkalleen tekee ionisista nesteistä niin ainutlaatuisia-ja miksi niitä pidetään yhä enemmän kulmakivinä kestävän tekniikan, vihreän kemian ja seuraavan sukupolven sähkökemiallisten järjestelmien kehittämisessä?
Perusteellisimmalla tasolla ioninen neste on a suola koostuu kokonaan ioneista Se pysyy nestemäisessä tilassa alle 100 ° C, usein jopa huoneenlämpötilassa. Toisin kuin perinteiset suolat, kuten natriumkloridi, jotka vaativat korkeat lämpötilat sulamaan, ioniset nesteet valmistetaan tyypillisesti tilaa vievät, epäsymmetriset orgaaniset kationit (kuten imidatsolium, pyridinium, ammonium) epäorgaaniset tai orgaaniset anionit (kuten bis (trifluorimetyylisulfonyyli) imidi, pf₆⁻, bf₄⁻ tai halogenidit). Epäsäännölliset muodot ja heikko koordinaatio ionien välillä estävät kiteytymisen ja johtavat niiden ominaisiin mataliin sulamispisteisiin.
Ionisten nesteiden fysikaalis -kemialliset ominaisuudet ovat yhtä monimuotoisia kuin niiden viritettävät molekyylirakenteet. Yksi heidän määrittelevimmistä piirteistä on vähäinen höyrynpaine , mikä tekee niistä haihtumattomia ja siten houkuttelevia ympäristöystävällisinä vaihtoehdoina perinteisille orgaanisille liuottimille. Pelkästään tämä ominaisuus on asettanut ne eturintamaan Vihreän kemian aloitteet , jos haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) eliminointi on ensisijainen tavoite.
Ioniset nesteet ovat haihtumattomia, ionisia nesteitä poikkeuksellinen lämpö- ja sähkökemiallinen vakaus . Monet IL: t voivat toimia lämpötiloissa, jotka ylittävät 200 ° C hajottamatta, ja niiden leveät sähkökemialliset ikkunat (joissakin järjestelmissä jopa 6 V) tekevät niistä ihanteellisia elektrolyyttejä esimerkiksi sovelluksissa litium-ion-akut, superkondensaattorit ja metallipinnoitus . Niiden luontainen ioninen luonne antaa myös korkean ionisen johtavuuden, etenkin järjestelmissä, joissa tavanomaiset liuottimet haihtuisivat tai heikentyisivät ankarissa olosuhteissa.
Toinen ionisten nesteiden kriittinen etu on heidän kemiallinen viritettävyys . Muokkaamalla kationia tai anionia, tutkijat voivat hienosäätää ominaisuuksia, kuten viskositeettia, napaisuutta, hydrofiilisyyttä tai jopa koordinaatiokykyä. Tämä on mahdollistanut luomisen tehtäväkohtaiset ioniset nesteet (TSIL) Suunniteltu erittäin selektiivisille rooleille-esimerkiksi CO₂-sieppauksen, biomassan prosessoinnissa tai siirtymämetallikatalyytissä. ILS: n modulaarisuus tekee niistä eräänlaisen "suunnittelija liuottimen" monimutkaisissa kemiallisissa ympäristöissä.
Kentällä erottelut ja uudet , ioniset nesteet tarjoavat useita etuja perinteisiin liuottimiin nähden. Niiden kyky liuottaa laaja valikoima orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä yhdistettynä niiden tyhjentämättömyyteen vedellä tai hiilivetyillä (koostumuksesta riippuen) mahdollistaa erittäin tehokkaat nesteen nesteenpoistojärjestelmät. ILS: ää on käytetty Harvinaisten maametallien elementin palautuminen, rikkiyhdisteiden poistaminen polttoaineista ja jopa bioaktiivisten molekyylien uuttaminen kasveista .
Sisä- katalyysi , sekä liuottimina että kotalyytteinä, IL: t parantavat reaktion selektiivisyyttä ja saantoa yksinkertaistaen samalla tuotteiden erottelua. Monilla siirtymämetallikomplekseilla on parantunut stabiilisuus ja aktiivisuus IL -väliaineissa. Erityisesti ionisia nesteitä on käytetty epäsymmetrinen hydraus, alkylointi ja ristikytkentäreaktiot , usein lievemmissä olosuhteissa kuin tavanomaisissa järjestelmissä.
Yksi ionisten nesteiden huippuluokan sovelluksista on alueella Sähkökemialliset laitteet ja energian varastointi . IL-pohjaisia elektrolyyttejä sisällytetään litiummetalliakut, natrium-ion-akut, väriaineen herkistetyt aurinkokennot (DSSC) ja jopa solid-state-elektrolyytit . Niiden sähkökemiallinen inertti, flammability ja lämpötoleranssi tarjoavat kriittisiä etuja sekä energiajärjestelmien turvallisuuden että suorituskyvyn parantamiseksi.
Lupauksestaan huolimatta ioniset nesteet eivät ole ilman haasteita. Monet IL: t ovat edelleen kalliita syntetisoida mittakaavassa, ja jotkut kärsivät korkea viskositeetti , mikä rajoittaa massansiirtonopeuksia. Lisäksi, vaikka IL: t mainostetaan usein "vihreiksi liuottimiksi", niiden biohajottavuus ja toksisuus vaihtelee suuresti rakenteesta riippuen, ja pitkäaikaiset ympäristövaikutukset ovat edelleen aktiivisen tutkimuksen alue. Näiden huolenaiheiden ratkaiseminen kestävämpien synteesireiteillä ja kattavalla elinkaarianalyysillä on välttämätöntä laajemmalle käyttöönotolle.
Ionisten nesteiden tulevaisuus on yhä monitieteellisempi. Sisä- materiaalitiede , IL: ää käytetään liuottimina ja malleina nanomateriaalien, metalli-orgaanisten kehysten (MOF) ja johtavien polymeerien synteesissä. Sisä- bioteknologia , ne mahdollistavat entsyymien stabiloinnin, proteiinien uutto- ja jopa DNA-manipuloinnin ei-perinteisissä olosuhteissa. Heidän potentiaalinen roolinsa Hiilen sieppaus ja hyödyntäminen (CCU) Teknologiat saavat myös vauhtia, etenkin kun otetaan huomioon niiden affiniteetti ja korkea lämpövastus.
