I samband med global oro för klimatförändringar och kontroll av växthusgaser, en ny teknik för CO₂ fångst, användning och lagring har väckt stor uppmärksamhet.

Joniska vätskor, som endast består av katjoner och anjoner, anses vara en ny typ av CO₂ adsorbent på grund av deras ultralåga ångtryck och miljövänliga egenskaper.

Nyligen har en grupp ledd av profs Zhang Suojiang och He Hongyan från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) funnit att tvådimensionella joniska vätskor visar ett helt annat smältbeteende än när de är i bulkfas, leder till en hög CO₂ adsorptionskapacitet och strukturell robusthet under CO₂ adsorptions-desorptionsprocess.

Denna studie publicerades i Cell Reports Physical Science den 12 juli.

Forskarna fann att joniska vätskor kan bilda en tvådimensionell monolager, ordnad, schackbrädestruktur när de stöds av en metallyta. De tvådimensionella joniska vätskorna uppvisade avvikande stegvisa smältningsprocesser, som involverade lokaliserat-roterade, ut-ur-plan-vända och helt oordnade tillstånd, snarare än den enda smältpunkten för de bulkjoniska vätskorna.

"Anjoner och katjoner är arrangerade tillsammans på ett schackbräde sätt, vilket bildar ett tvådimensionellt, ordnat Z-bindningsnätverk. Detta gör det mer sannolikt för flerstegssmältningsbeteenden som jonisk rotation och flip", säger Prof. He.

Den massiva molekylära dynamiksimuleringen indikerar att de tvådimensionella joniska vätskorna visar utmärkt prestanda för CO₂ fånga på grund av de omättade och exponerade Z-bindningarna. Molfraktionen av CO₂ adsorberas av tvådimensionell [Mmim] PF₆ förbättrades med minst en storleksordning jämfört med motsvarande bulkjoniska vätskor.

"Ju högre CO₂ adsorptionsförmåga antyder att sådana tvådimensionella joniska vätskor skulle kunna fungera som funktionella lager av katalysatorn för att förbättra massöverföringsprocessen av CO₂ , vilket är viktigt för fixering och omvandling av CO₂ ," sa docent Wang Yanlei vid IPE.

Denna tvådimensionella redigeringsteknik för joniska vätskor förväntas ge en ny metod för exakt kontroll och funktionell design av vätskor, vilket är lovande för olika kemitekniska tillämpningar som involverar lösningsmedel, elektrolyter och flytande katalysatorer. + Utforska vidare

Subtila joninteraktioner på molekylnivå gör det möjligt för forskare att justera smältpunkten för joniska föreningar