Эффективное улавливание углекислого газа с использованием двумерных ионных жидкостей

Новая технология улавливания, утилизации и хранения CO₂ привлекла широкое внимание в контексте глобальной озабоченности по поводу изменения климата и контроля над выбросами парниковых газов.

Благодаря сверхнизкому давлению паров и экологичности ионные жидкости считаются новым типом адсорбентов СО₂. Они состоят только из катионов (положительно заряженных ионов) и анионов (отрицательно заряженных ионов).

Недавно ученые обнаружили, что двумерные ионные жидкости демонстрируют совершенно иное поведение при плавлении, чем объемная фаза, что приводит к высокой способности адсорбировать СО₂ и структурной прочности в процессе адсорбции-десорбции СО₂. Исследовательскую группу возглавили профессора Суоцзян Чжан и Хунъян Хэ из Института технологии процессов (IPE) Китайской академии наук (CAS).

Это исследование было опубликовано 12 июля 2022 года в журнале Cell Reports Physical Science.

Ученые обнаружили, что ионные жидкости могут образовывать двумерную монослойную упорядоченную в шахматном порядке структуру, когда они поддерживаются металлической поверхностью. Двумерные ионные жидкости демонстрировали аномальные ступенчатые процессы плавления, включающие локализованное вращение, перевернутые вне плоскости и полностью неупорядоченные состояния, а не единую точку плавления для объемных ионных жидкостей.

«Анионы и катионы расположены вместе в шахматном порядке, образуя таким образом двумерную упорядоченную сеть Z-связей. Это делает более вероятным многоступенчатое поведение плавления, такое как ионное вращение и переворот», — сказал профессор Хе.

Моделирование массивной молекулярной динамики показывает, что двумерные ионные жидкости демонстрируют отличные характеристики для захвата CO₂ из-за ненасыщенных и открытых Z-связей. Мольная доля СО₂, адсорбированного двумерным [Mmim]PF6, была улучшена как минимум на порядок по сравнению с соответствующими объемными ионными жидкостями.

«Более высокая способность к адсорбции СО₂ предполагает, что такие двумерные ионные жидкости могут служить функциональными слоями катализатора для усиления процесса массопереноса СО₂, что важно для фиксации и преобразования СО₂», — сказал доцент Янлей Ван из IPE.

Ожидается, что этот метод двумерного редактирования ионных жидкостей обеспечит новый метод точного управления и функционального проектирования жидкостей, что является многообещающим для различных приложений химической технологии, включая растворители, электролиты и жидкие катализаторы.