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中科院過(guò)程工程研究所揭示二維化離子液體捕集二氧化碳新機(jī)制
2022年07月22日 09:01:49
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：4632
近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所離子液體與低碳能源研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(jī)制，并對(duì)二維離子液體的CO2捕集性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】離子液體是指完全由陰陽(yáng)離子組成的在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的物質(zhì)，也被稱為離子性液體。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(guò)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(shí)際使用過(guò)程中，科學(xué)家常采用負(fù)載化的策略。因此，對(duì)離子液體在固體表面上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機(jī)制及功能的研究，一直是綠色化工領(lǐng)域的重要內(nèi)容。
近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所離子液體與低碳能源研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(jī)制，并對(duì)二維離子液體的CO2捕集性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
研究團(tuán)隊(duì)利用大尺度分子動(dòng)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(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這類二維離子液體具有棋盤(pán)式的共性排列特征，并在融化過(guò)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(guò)程，這明顯不同于常規(guī)的離子液體體系。
由于離子液體對(duì)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(diǎn)，進(jìn)而呈現(xiàn)遠(yuǎn)超過(guò)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(guò)程中可以保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，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(lái)需要聚焦在二維離子液體實(shí)驗(yàn)制備與工況條件下CO2捕集過(guò)程等方面，以期為離子液體綠色技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供支撐，助力國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
相關(guān)論文Two-dimensional ionic liquids with an anomalous stepwise melting process and ultrahigh CO2 adsorption capacity于近日發(fā)表于Cell Reports Physical Science。
參考來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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