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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
2022年07月22日 09:01:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4612
近日，中國科學(xué)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(jié)構(gòu)調(diào)控及捕集CO2性能方面取得重要進展，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)變機制，并對二維離子液體的CO2捕集性能進行了詳細的研究。
【化工儀器網(wǎng) 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(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，在實際使用過程中，科學(xué)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機制及功能的研究，一直是綠色化工領(lǐng)域的重要內(nèi)容。
近日，中國科學(xué)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(jié)構(gòu)調(diào)控及捕集CO2性能方面取得重要進展，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(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。進一步發(fā)現(xiàn)，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(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)變過程，這明顯不同于常規(guī)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(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，進而呈現(xiàn)遠超過常規(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的升溫脫附過程中可以保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(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(shù)的開發(fā)提供支撐，助力國家“雙碳”目標的實現(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。
參考來源：中國科學(xué)報
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