Även om motsatta laddningar alltid lockar, de interagerar inte alltid så nära som möjligt. I en ny studie, forskare använde en kombination av molekylära simuleringar och experiment för att demonstrera effekterna av att subtilt förändra strukturen hos positivt laddade katjoner i föreningar som består av joner. Dessa förändringar uppmuntrar katjonerna att anpassa sig till varandra i materiens fasta fas. Detta minskar vissa typer av potentiella interaktioner mellan katjoner och negativt laddade anjoner i den fasta fasen. Denna katjoninriktning minskar också smältpunkten för jonföreningen, ofta betydligt.

Många kemiska processer kräver vätskor som lösningsmedel för kemiska reaktioner, smörjmedel, värmeöverföringsvätskor. Vätskorna förångas ofta i processen. Detta kan skapa farliga utsläpp. Flytande joniska föreningar (joniska vätskor) erbjuder en lösning på detta problem eftersom de har mycket låg flyktighet, vilket innebär att de är mindre benägna att förångas. Vissa joniska vätskor är stabila vid höga temperaturer, men deras smältpunkter kan vara för höga för praktisk användning. Resultaten av detta arbete ger forskare en ny uppsättning verktyg för att designa joniska föreningar med lägre smältpunkter. Dessa resultat kommer att göra det möjligt för forskare att designa joniska föreningar för användning över ett bredare område av temperaturer och tillämpningar.

Joniska vätskor är salter som är vätskor vid den temperatur vid vilken de används. Dessa vätskor har en mängd potentiella användningsområden i miljövänliga processer. Särskilt, termiskt stabila joniska vätskor är lovande som högtemperaturlösningsmedel och värmeöverföringsvätskor. Dock, dessa joniska vätskor kan ha smältpunkter som ligger långt över rumstemperatur. Detta begränsar deras bearbetbarhet vid lägre temperaturer. Således, att förstå hur man sänker smältpunkten för dessa föreningar kommer att utöka deras potentiella användning och möjliggöra teknologier som förlitar sig på dem.

Forskare vet att strukturella förändringar, särskilt de som ger betydande asymmetri, minska smältpunkterna för en mängd olika föreningar. Dessa strukturella modifieringar är inte möjliga samtidigt som man bibehåller termiskt robusta föreningar, eftersom många vanliga kemiska strukturer har låg termisk stabilitet. Forskare har i den aktuella studien visat att subtila strukturella förändringar som också ökar katjonens dipolmoment kan sänka smältpunkterna avsevärt. Beräkningssimulering ger insikt på molekylär nivå och visar att ökningen av dipolmomentet gör att katjonerna kommer i linje med varandra i den fasta fasen. Detta i sin tur frustrerar anjon/katjoninteraktioner och ökar fastfasentalpin (ett mått på värme eller arbete i systemet). Denna ökning av fastfasentalpin minskar fusionsentalpin vilket resulterar i lägre smältpunkter. Denna studie ger en designregel för att sänka smältpunkten för strukturellt liknande joniska vätskor genom att ändra deras dipolmoment.