中文简体
Piridin ion folyadékok (PILS) a vizsgált ionos folyadékok korábbi generációi között felhívta a figyelmet a szerkezeti egyszerűségükre és a hangolható tulajdonságaikra. Piridinium -kationból és sokszínű anionvállalatból áll, ezek a vegyületek sokoldalú platformot kínálnak az ionos folyadékok alapvető kémiájának feltárására. A PIL -ek gyakorlati alkalmazását azonban bizonyos fizikai -kémiai korlátozások korlátozták - nevezetesen a viszonylag magas olvadási pontokat. Ez a cikk megvizsgálja azokat a kulcsszerkezet -property kapcsolatokat, amelyek meghatározzák a PIL viselkedését és kiértékeli potenciálját a különféle kémiai és ipari alkalmazásokban.
Szerkezeti jellemzők
A piridin -ion folyadékok meghatározó tulajdonsága kationos keretükben rejlik. A kation általában N-alkil-piridinium-ion, ahol az alkil-lánc hossza változhat (például etil, butil, hexil vagy oktil). Ennek a szubsztituensnek a jellege közvetlenül befolyásolja a kapott ion folyadék fizikai tulajdonságait, például viszkozitást, hőstabilitást és olvadási pontot. A rövidebb alkil -láncok általában erősebb ion kölcsönhatásokat és megnövekedett kristályosságot eredményeznek, ami magasabb olvadási pontokat eredményez. Ezzel szemben a hosszabb láncok növelik a hidrofób képességet és elnyomhatják a kristályosságot, potenciálisan csökkentve az olvadási pontot.
Az anionos oldalon a PIL -ek sokféle ellenionot tartalmaznak, beleértve:
Halide: klorid (Cl⁻), bromid (BR⁻)
Fluortartalmú anionok: tetrafluoroborát (bf₄⁻), hexafluor -foszfát (pf₆⁻), bis (trifluor -metanesul -szulfonil) imid (NTF₂⁻)
Minden anion specifikus termikus, kémiai és szolvatációs tulajdonságokat biztosít. Például az NTF₂⁻ ismert, hogy alacsony viszkozitást és nagy hőstabilitást biztosít, és ez különösen vonzóvá teszi a magas hőmérsékletű és hidrofób rendszerek számára.
Fizikai -kémiai tulajdonságok
A PIL -ek fizikai -kémiai tulajdonságai szorosan kapcsolódnak a kation és az anion közötti kölcsönhatáshoz. Az olvadási pont, amely gyakran magasabb, mint más általános ion folyadékok, mint például az imidazolium vagy a pirrolidinium -származékok, kritikus korlátozó tényező. Ezt nagyrészt a piridinium gyűrű sík aromás jellegének tulajdonítják, amely ösztönzi az erős π-π halmozódást és a rendelt csomagolást szilárd állapotban.
Ennek ellenére a piridin -ion folyadékok több szempontból kedvező tulajdonságokat mutatnak:
Hőstabilitás: Sok PIL-ek 200 ° C feletti hőmérsékleten bomlanak, így alkalmassá teszik azokat a magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz.
Elektrokémiai ablak: Gyakran egy széles elektrokémiai ablakot mutatnak, amely fontos az elektrokémiai alkalmazásokhoz.
Szolvatációs képesség: Az aniontól függően a PIL -ek feloldhatnak egy sor szerves, szervetlen és polimer anyagot.
Struktúra -property kapcsolatok
A PILS szerkezet -property kapcsolatának megértése elengedhetetlen ahhoz, hogy viselkedésüket az egyes feladatokhoz igazítsák. A legfontosabb kapcsolatok a következők:
Az alkil -lánc hossza és a viszkozitás és az olvadáspont: Az alkil -lánc hosszának növelése általában csökkenti az olvadási pontot, de növeli a viszkozitást.
Anion típusú, a hidrofóbitás és a stabilitás: A fluortartalmú anionok, például a PF₆⁻ és az NTF₂⁻ javítják a termikus és az elektrokémiai stabilitást, míg a halogenidek magasabb vezetőképességet biztosítanak, de alacsonyabb termikus robusztust biztosítanak.
A kation planaritása és a szilárdtest csomagolás: A piridinium gyűrű sík jellege hozzájárul a magasabb olvadási pontokhoz az erősebb ionos rácsképződés miatt.
Alkalmazási kör
Noha a piridin -ion folyadékok nem olyan széles körben alkalmazzák, mint más ion folyadékok, számos rés és feltörekvő területen potenciált mutattak:
Elektrokémiai rendszerek
Ionos vezetőképességük és elektrokémiai stabilitásuk miatt a PIL -ek az akkumulátorok, kondenzátorok és üzemanyagcellák elektrolitjaira jelöltek. Mind a kation, mind az anionszerkezet hangolhatósága lehetővé teszi az optimalizálást a meghatározott feszültség- és vezetőképességi rendszerekben.
Katalízis és reakció közeg
A PIL-eket oldószerekként és együttes katalizátorként vizsgálták a szerves reakciókban, különösen olyan transzformációkban, amelyek alacsony volatilitású ionos táptalajokból részesülnek és jó hőteljesítményűek.
Extrahálási és elválasztási technológiák
A PIL-ek szelektív oldhatósága lehetővé teszi a folyadék-folyadék-extrakciós rendszerekben történő felhasználását fémionok, szerves szennyező anyagok és biomolekulák esetén.
Anyagfeldolgozás és polimerizáció
Egyes tanulmányok a PIL -eket oldószerekként vagy adalékanyagként vizsgálják a polimerizációs reakciókban, előnyös polaritásuk és termikus tulajdonságaik részéről.
Kihívások és kilátások
A PILS szélesebb körű elfogadását korlátozó legfontosabb kihívás továbbra is viszonylag magas olvadáspontjaik, különösen azok számára, akik rövid alkil -láncokkal és egyszerű halogenid anionokkal rendelkeznek. Ennek kezelésére szolgáló stratégiák magukban foglalják az aszimmetrikus alkilcsoportok alkalmazását, a terjedelmes vagy rugalmas anionok beépítését, valamint a PIL-alapú keverékek vagy eutektikus rendszerek szintézisét.
A jövőbeli fejlemények a piridinium gyűrű funkcionalizálására is összpontosíthatnak további reaktív vagy koordináló csoportokkal, hogy lehetővé tegyék a specifikus kölcsönhatásokat a katalízis, érzékelés vagy molekuláris felismerés során. A környezeti szempontból jóindulatú és szerkezeti szempontból sokszínű oldószerek iránti növekvő kereslet mellett a piridin -ion folyadékok iránti megújult érdeklődés várható.
A piridin ion folyadékok szerkezetileg gazdag és funkcionálisan hangolható vegyületek osztályát kínálják az ionos folyadékok szélesebb családjában. Noha felhasználásukat jelenleg a termikus tulajdonságok korlátozzák, a szerkezet -property optimalizálásban folytatott folyamatban lévő kutatások szélesebb körű alkalmazást nyithatnak. Egyedülálló elektrokémiai tulajdonságaik, szolvatációs viselkedésük és moduláris kialakításuk ígéretes jelölteket tesznek az elektrokémia, a katalízis és az anyagok feldolgozásában.
