中科院過程工程研究所揭示二維化離子液體捕集二氧化碳新機制
【化工儀器網 項目成果】離子液體是指完全由陰陽離子組成的在室溫或室溫附近溫度下呈液態的物質，也被稱為離子性液體。由于其種類多樣、極性可調、蒸汽壓極低，在碳捕集利用等綠色化學過程中應用廣泛。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構轉變機制及功能的研究，一直是綠色化工領域的重要內容。
近日，中國科學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構調控及捕集CO2性能方面取得重要進展，該研究系統闡明了不同離子液體二維化之后的結構特征及轉變機制，并對二維離子液體的CO2捕集性能進行了詳細的研究。
研究團隊利用大尺度分子動力學模擬和掃描電子顯微鏡結合的手段，系統研究了多種離子液體在金屬表面的自組裝行為，發現其均可以形成二維單層有序的離子結構，稱之為二維離子液體。進一步發現，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離子旋轉、離子翻轉、氫鍵網絡坍塌等多步結構轉變過程，這明顯不同于常規的離子液體體系。
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用到CO2捕集領域。研究發現，二維離子液體可以最大程度的暴露離子液體的吸附位點，進而呈現遠超過常規離子液體的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，其有序氫鍵網絡結構基本保持不變，這使得它在CO2的升溫脫附過程中可以保持較好的結構穩定性。也就是說，二維離子液體不僅具有極高的CO2捕集性能，還具有較好的循環再生性能，是一種極具應用前景的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的開發提供支撐，助力國家“雙碳”目標的實現。
相關論文Two-dimensional ionic liquids with an anomalous stepwise melting process and ultrahigh CO2 adsorption capacity于近日發表于Cell Reports Physical Science。
參考來源：中國科學報
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