14.07.2022 - Chinese Academy of Sciences

Zweidimensionale ionische Flüssigkeiten zur effektiven Abscheidung von Kohlendioxid

Vor dem Hintergrund der weltweiten Besorgnis über den Klimawandel und die Kontrolle von Treibhausgasen hat eine neue Technologie zur CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung große Aufmerksamkeit erregt.

Ionische Flüssigkeiten, die nur aus Kationen und Anionen bestehen, gelten aufgrund ihres ultraniedrigen Dampfdrucks und ihrer umweltfreundlichen Eigenschaften als eine neue Art von CO2-Adsorptionsmittel.

Kürzlich hat eine Gruppe unter der Leitung von Prof. ZHANG Suojiang und HE Hongyan vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) herausgefunden, dass zweidimensionale ionische Flüssigkeiten ein völlig anderes Schmelzverhalten aufweisen als die Bulk-Phase, was zu einer hohen CO2-Adsorptionskapazität und strukturellen Robustheit während des CO2-Adsorptions-Desorptionsprozesses führt.

Diese Studie wurde am 12. Juli in Cell Reports Physical Science veröffentlicht.

Die Forscher fanden heraus, dass ionische Flüssigkeiten eine zweidimensionale, geordnete Schachbrettstruktur bilden können, wenn sie von einer Metalloberfläche getragen werden. Die zweidimensionalen ionischen Flüssigkeiten wiesen anomale schrittweise Schmelzprozesse auf, die lokalisierte, gedrehte, aus der Ebene gekippte und völlig ungeordnete Zustände einschließen, anstatt des einzigen Schmelzpunkts für die ionischen Flüssigkeiten in der Masse.

"Anionen und Kationen sind schachbrettartig angeordnet und bilden so ein zweidimensionales, geordnetes Z-Bindungsnetzwerk. Dies macht das mehrstufige Schmelzverhalten, wie ionische Rotation und Flip, wahrscheinlicher", so Prof. HE.

Die massive Molekulardynamiksimulation zeigt, dass die zweidimensionalen ionischen Flüssigkeiten aufgrund der ungesättigten und freiliegenden Z-Bindungen eine hervorragende Leistung bei der CO2-Abscheidung zeigen. Der Molenbruch des von zweidimensionalem [Mmim]PF6 adsorbierten CO2 wurde im Vergleich zu den entsprechenden ionischen Flüssigkeiten in Masse um mindestens eine Größenordnung verbessert.

"Die höhere CO2-Adsorptionsfähigkeit deutet darauf hin, dass solche zweidimensionalen ionischen Flüssigkeiten als funktionelle Schichten des Katalysators dienen könnten, um den für die Fixierung und Umwandlung von CO2 wichtigen Massentransferprozess zu verbessern", so Associate Professor WANG Yanlei vom IPE.

Es wird erwartet, dass diese zweidimensionale Bearbeitungstechnik für ionische Flüssigkeiten eine neue Methode für die präzise Kontrolle und das funktionelle Design von Flüssigkeiten bieten wird, was für verschiedene chemisch-technische Anwendungen im Zusammenhang mit Lösungsmitteln, Elektrolyten und flüssigen Katalysatoren vielversprechend ist.

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