近日，中國科學(xué)院過程工程研究所離子液體與低碳能源研究團隊在離子液體結(jié)構(gòu)調(diào)控及捕集CO2性能方面取得重要進展，該研究系統(tǒng)闡明了不同離子液體二維化之后的結(jié)構(gòu)特征及轉(zhuǎn)變機制，并對二維離子液體的CO2捕集性能進行了詳細的研究。相關(guān)研究成果發(fā)表于Cell Reports Physical Science。
離子液體是一種完全由陰陽離子組成的在室溫下呈液態(tài)的綠色介質(zhì)，由于其種類多樣、極性可調(diào)、蒸汽壓極低，在碳捕集利用等綠色化學(xué)過程中應(yīng)用廣泛。由于離子液體粘度較大，制備成本較高，在實際使用過程中，科學(xué)家常采用負載化的策略。因此，對離子液體在固體表面上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機制及功能的研究，一直是綠色化工領(lǐng)域的重要內(nèi)容。
該工作利用大尺度分子動力學(xué)模擬和掃描電子顯微鏡結(jié)合的手段，系統(tǒng)研究了多種離子液體在金屬表面的自組裝行為，發(fā)現(xiàn)其均可以形成二維單層有序的離子結(jié)構(gòu)，稱之為二維離子液體。進一步發(fā)現(xiàn)，這類二維離子液體具有棋盤式的共性排列特征，并在融化過程中依次呈現(xiàn)離子旋轉(zhuǎn)、離子翻轉(zhuǎn)、氫鍵網(wǎng)絡(luò)坍塌等多步結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程，這明顯不同于常規(guī)的離子液體體系。
由于離子液體對CO2的高親和性，該工作將二維離子液體推廣應(yīng)用到CO2捕集領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，二維離子液體可以最大程度的暴露離子液體的吸附位點，進而呈現(xiàn)遠超過常規(guī)離子液體的CO2吸附性能。由于二維離子液體的多步融化特性，在室溫到200 ℃的范圍內(nèi)，其有序氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保持不變，這使得它在CO2的升溫脫附過程中可以保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。也就是說，二維離子液體不僅具有極高的CO2捕集性能，還具有較好的循環(huán)再生性能，是一種極具應(yīng)用前景的CO2吸附捕集體系。
此外，該工作還指出二維離子液體用于CO2吸附捕集領(lǐng)域還處于前沿探索階段，未來需要聚焦在二維離子液體實驗制備與工況條件下CO2捕集過程等方面，以期為離子液體綠色技術(shù)的開發(fā)提供支撐，助力國家“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。
來源：液態(tài)陽光
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