中文简体
I det stadigt udviklende landskab af avancerede materialer, ioniske væsker (ILS) er fremkommet som en revolutionær klasse af stoffer, der trodser konventionelle kategoriseringer af væsker, salte og opløsningsmidler. Men hvad gør ioniske væsker så unikke-og hvorfor betragtes de i stigende grad som en hjørnesten i udviklingen af bæredygtige teknologier, grøn kemi og næste generations elektrokemiske systemer?
På det mest grundlæggende niveau er en ionisk væske en salt sammensat udelukkende af ioner Det forbliver i flydende tilstand under 100 ° C, ofte selv ved stuetemperatur. I modsætning til traditionelle salte såsom natriumchlorid, der kræver høje temperaturer for at smelte, er ioniske væsker typisk lavet af voluminøs, asymmetriske organiske kationer (såsom imidazolium, pyridinium, ammonium) parret med uorganiske eller organiske anioner (som bis (trifluormethylsulfonyl) imid, pf₆⁻, bf₄⁻ eller halogenider). De uregelmæssige former og den svage koordinering mellem ioner forhindrer krystallisation og resulterer i deres karakteristiske lave smeltepunkter.
De fysisk -kemiske egenskaber ved ioniske væsker er lige så forskellige som deres indstillelige molekylære strukturer. Et af deres mest definerende træk er ubetydelig damptryk , hvilket gør dem til ikke-flygtige og dermed attraktive som miljømæssigt godartede alternativer til traditionelle organiske opløsningsmidler. Denne funktion alene har placeret dem i spidsen for Grønne kemiinitiativer , hvor eliminering af flygtige organiske forbindelser (VOC'er) er en prioritet.
Ud over at være ikke-flygtige, ioniske væsker udstiller Enestående termisk og elektrokemisk stabilitet . Mange IL'er kan fungere ved temperaturer, der overstiger 200 ° C uden nedbrydning, og deres brede elektrokemiske vinduer (op til 6V i nogle systemer) gør dem til ideelle elektrolytter i applikationer, såsom Lithium-ion-batterier, superkapacitorer og metalbelægning . Deres iboende ioniske karakter giver også høj ionisk ledningsevne, især i systemer, hvor konventionelle opløsningsmidler ville fordampe eller nedbrydes under barske forhold.
En anden kritisk fordel ved ioniske væsker ligger i deres Kemisk indstillingsevne . Ved at ændre kationen eller anionen kan forskere finjustere egenskaber såsom viskositet, polaritet, hydrofilicitet eller endda koordinationsevne. Dette har muliggjort oprettelsen af Opgavespecifikke ioniske væsker (TSILS) Designet til meget selektive roller-for eksempel i CO₂-indfangning, biomassebehandling eller overgangsmetalkatalyse. Modulariteten af ILS gør dem til en slags "designeropløsningsmiddel" til komplekse kemiske miljøer.
Iden for området separationer og ekstraktioner , ioniske væsker tilbyder adskillige fordele i forhold til traditionelle opløsningsmidler. Deres evne til at solubilisere en bred vifte af organiske og uorganiske forbindelser, kombineret med deres ublandinger med vand eller kulbrinter (afhængigt af sammensætning), muliggør meget effektive væskeklæberekstraktionssystemer. IL'er er blevet brugt til Sjælden jordelementgenvinding, fjernelse af svovlforbindelser fra brændstoffer og endda ekstraktion af bioaktive molekyler fra planter .
In Katalyse Både som opløsningsmidler og co-katalysatorer forbedrer ILS reaktionsselektivitet og giver samtidig forenkling af produktseparation. Mange overgangsmetalkomplekser udviser forbedret stabilitet og aktivitet i IL -medier. Især er ioniske væsker blevet anvendt i Asymmetrisk hydrogenering, alkylering og tværgående koblingsreaktioner , ofte under mildere forhold end i konventionelle systemer.
En af de mest banebrydende anvendelser af ioniske væsker er i området for Elektrokemiske enheder og energilagring . IL-baserede elektrolytter indarbejdes i Lithiummetalbatterier, natrium-ion-batterier, farvestofsensibiliserede solceller (DSSC'er) og endda faststof-elektrolytter . Deres elektrokemiske inertness, ikke-lammbarhed og termisk tolerance giver kritiske fordele til forbedring af både sikkerhed og ydelse af energisystemer.
På trods af deres løfte er ioniske væsker ikke uden udfordringer. Mange IL'er er stadig dyre at syntetisere i skala, og nogle lider af høj viskositet , der begrænser masseoverførselshastigheder. Mens IL'er ofte fremmes som "grønne opløsningsmidler", er deres Bionedbrydelighed og toksicitet Varier meget afhængigt af struktur og langsigtet miljøpåvirkning er stadig et område med aktiv forskning. At tackle disse bekymringer gennem mere bæredygtige synteseruter og omfattende livscyklusanalyse vil være vigtig for bredere vedtagelse.
Fremtiden for ioniske væsker bliver i stigende grad tværfaglig. I materialevidenskab , ILS bruges som opløsningsmidler og skabeloner i syntesen af nanomaterialer, metal-organiske rammer (MOF'er) og ledende polymerer. I Bioteknologi , de muliggør enzymstabilisering, proteinekstraktion og endda DNA-manipulation under ikke-traditionelle forhold. Deres potentielle rolle i Carbon Capture and Utilization (CCU) Teknologier vinder også fart, især i betragtning af deres tilknytning til co₂ og høj termisk modstand.
