​Ученые Новосибирского научного центра совместно с группой исследователей из Университета Ростока (Германия) под руководством ведущего специалиста по экспериментальному и теоретическому описанию водородосвязанных систем профессора Ральфа Людвига установили новый способ создания незамерзающих ионных жидкостей. Отчет об исследовании был опубликован в виде полноценной статьи в журнале Angewandte Chemie.

Ионные жидкости в широком смысле представляют собой любые расплавленные соли, например, хлорид натрия (поваренная соль), который плавится при температуре выше 800 градусов Цельсия. В настоящее время под термином «ионные жидкости» чаще всего подразумевают соли, температура плавления которых ниже температуры кипения воды (100 градусов Цельсия) — так называемые ионные жидкости первого поколения.

— Сегодня ионные жидкости — это одно из наиболее актуальных направлений в материаловедении, которому придается большое значение как научным сообществом, так и людьми, связанными с индустрией. Это можно легко обосновать: дело в том, что некоторое время назад исследователям удалось придумать синтетический подход, который позволяет синтезировать очень разные типы ионных жидкостей, которые плавятся буквально при комнатных температурах (20–40 градусов Цельсия), — рассказал старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Даниил Колоколов.

Для практического применения такая разработка имеет большой вес, так как ионные жидкости используются в самых разных областях. Например, их можно использовать для экстракции химических веществ из смесей, в качестве криопротекторов (добавление ионной жидкости в водный раствор препятствует его фазовым переходам при воздействии низких температур, например, при заморозке биологического материала водный раствор не кристаллизуется), а также в качестве проводящей среды (электролитов). Кроме того, ионные жидкости предполагается использовать для закалки металлов и в качестве заполнения стеклянного тела глаза, так как ионная жидкость не высыхает, не испаряется и способна поддерживать необходимые функции органа в разных температурных режимах.

— Ионные жидкости состоят из двух видов заряженных частиц — катионов и анионов, которые при слиянии образуют кристаллическую форму. Однако за счет наличия больших органических заместителей возникает ситуация, когда большая часть заряда экранирована обычной нейтральной молекулой. То есть, несмотря на взаимодействие, структура остается подвижной и сохраняет свойства жидкости, — объяснил принципы работы простой ионной жидкости Даниил Колоколов. — Наше внимание было коренным образом обращено к протонно-ионным жидкостям, которые особенно интересны в качестве электролитов – за счет образования водородных связей образуется возможность эффективной передачи протонов проводимости. Помимо взаимодействия зарядами, эти жидкости способы образовывать водородную связь, усиленную ионным взаимодействием, – так называемые солевые мосты.

lll.png 


 

Исследователи провели работу над изучением способности ионных жидкостей к кристаллизации. Оказалось, что одни жидкости замерзают и превращаются в кристалл, а другие способны перейти в переохлажденное состояние, а затем в стекло – в этом состоянии молекулы сохраняют достаточную подвижность на локальном уровне.

— Нам удалось отследить влияние молекулярной структуры на процесс кристаллизации вещества и показать это экспериментально. Выяснилось, что все зависит от строения катионов. Если модифицировать катион при помощи гидроксогруппы (OH), внутри ионной жидкости возникнет новый тип водородных связей между двумя катионами. Это несколько парадоксально — водородная связь, которая соединяет две одинаково заряженные частицы, которые по идее должны отталкиваться друг от друга, — отметил Даниил Колоколов. По словам исследователя, вещества, в которых фигурирует связь подобного рода, не кристаллизуются, а стеклуются, сохраняя внутреннюю динамику ионов.

— Сейчас мы работаем над получением ионных жидкостей, которые могли бы работать при реальных атмосферных условиях, в минусовой температуре. Это необходимые для промышленности условия. Даже небольшое понижение температуры плавления будет очень важно, особенно для электролитов, — добавил ученый.

Исследование получилось междисциплинарным: новосибирские ученые исследовали структуру водородных связей и подвижность на молекулярном уровне, а их коллеги из Германии синтезировали и изучали жидкости с точки зрения их фазового поведения и теоретических расчетов: измеряли температуру плавления, вязкость и другие параметры.

Похожие новости

  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    1092
  • 12/12/2018

    Новосибирские ученые разработали новый материал для полного выделения водорода из любой смеси газов

    Нанокомпозит, созданный новосибирскими химиками, может использоваться для выделения водорода в высокотемпературных каталитических реакторах: он устойчив к агрессивной среде, высоким температурам (до 1 000 oС) и дешевле создаваемых ранее материалов, содержащих палладий.
    1652
  • 01/04/2020

    Новосибирские ученые исследовали влияние экстремальных условий на новые органические кристаллы, перспективные для создания полупроводниковых материалов

    ​​Команда исследователей из НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова совместно с сотрудниками Института Рудера Бошковича (Загреб, Хорватия) изучили влияние экстремальных условий (высоких давлений и низких температур) на кристаллическую структуру органического полупроводника на основе семихиноновых радикалов.
    342
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1836
  • 14/10/2019

    Новосибирские ученые открыли новый метод управления молекулярной подвижностью в пористых металлоорганических каркасах

    Сотрудники лабораторий НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова представили исследование влияния электронодонорных «гостей» на подвижность линкеров в металлоорганическом каркасе на основе хрома MIL-101.
    686
  • 16/07/2019

    Международная школа по методам высоких давлений Европейского центра синхротронных исследований

    ​Преподаватель и студенты новой междисциплинарной магистерской программы «Методическое обеспечение физико-химических исследований конденсированных фаз» приняли участие в международной школе по методам высоких давлений (Schoo on High Pressure Techniques), которая прошла в Гренобле (Франция) с 17 по 21 июня.
    887
  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    1014
  • 21/05/2020

    Новосибирские ученые участвовали в разработке усовершенствованных экологически чистых протонно-обменных мембран

    ​​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН совместно с коллегами из Кёнбукского Национального Университета (г.
    329
  • 06/05/2020

    Новосибирские ученые продвинулись в изучении экологически чистых протонно-обменных мембран

    ​​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН подробно изучили молекулярный механизм проводимости в бескислотной протонно-обменной мембране на основе пористого металл-органического каркаса и мочевины.
    527
  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    1826