​Сотрудники лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ и Института катализа СО РАН Даниил Колоколов и Александр Степанов вместе с немецким профессором Ральфом Людвигом изучили водородные связи в различных ионных жидкостях.

Оказалось, что в силу сложного молекулярного устройства эти вещества демонстрируют необычное фазовое поведение. Подобные исследования для ионных жидкостей в твердом состоянии ранее не проводились, причем сфера применения ионных жидкостей очень разнообразна – от химической промышленности до ракетостроения.

Как поясняет Даниил Колоколов, он был приглашен для участия в Гумбольдтовском семинаре (Humboldt Kolleg), который проходит в Новосибирске раз в несколько лет. Новосибирский ученый представил немецким коллегам результаты своей работы по исследованию молекулярной подвижности и состояний веществ, содержащих в себе водородные связи (вода в разном агрегатном состоянии, спирты и т. д.).

- Благодаря этому мероприятию мы познакомились с профессором Ральфом Людвигом из Университета города Росток, который заинтересовался нашими возможностями и нашими методами исследования. Сфера его научных интересов - ионные жидкости. Мы никогда этим не занимались, но в ходе обсуждения темы стало понятно, что мы могли бы внести свой вклад в понимание того, как устроены столь сложные объекты, как ионные жидкости. После того, как коллеги из Германии прислали нам образцы, мы приступили к эксперименту, который до этого никто никогда не проводил. Пока все получается замечательно, - рассказал кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ, сотрудник Института катализа СО РАН Даниил Колоколов.

Ионная жидкость - это жидкость, содержащая только ионы. В широком смысле ионными жидкостями считаются любые расплавленные соли, например, хлорид натрия, расплавленный при температуре выше 800 С. В настоящее время под термином "ионные жидкости" чаще всего подразумевают соли, температура плавления которых ниже температуры кипения воды, то есть ниже 100 С. Соли, которые плавятся при комнатной температуре, называются "RTIL", или "Room-Temperature Ionic Liquids".

Основные сферы применения ионных жидкостей − энергетика, биотехнологии, химия, ракетостроение. Ионные жидкости относятся к так называемым "зеленым растворителям", соответствующим принципам зеленой химии (научное направление, к которому можно отнести любое усовершенствование химических процессов, положительно влияющих на экологию). Некоторые ионные жидкости, например 1-бутил- 3-метилимидазолий хлорид, являются относительно эффективными растворителями для целлюлозы. В классических растворителях этот процесс происходит только в очень жестких условиях.

Ионные жидкости перспективны для использования как диэлектрики. Например, в аккумуляторах автомобиля стандартным диэлектриком выступает раствор серной кислоты и воды. Но серная кислота очень летучая и токсичная. Для аккумулятора это отдельная проблема: он сломался, кислота потекла, и сразу возникает угроза для человека. Теперь представьте себе, что появилась ионная жидкость, которая может передавать заряд, но менее летуча и токсична. Мы получили бы более чистое производство, менее вредное для экологии. Но для того, чтобы модифицировать ионные жидкости, надо понимать, как они устроены. А устроены они сложно: до сих пор не вполне понятно, от чего зависит температура замерзания, какая у них структура в замерзшем состоянии и так далее. В ходе нашего эксперимента выяснилось, что по характерным наблюдаемым данным можно однозначно дифференцировать разные ионные жидкости по типу водородных связей. А также, кроме структуры связи, мы можем получать данные о молекулярной динамике, измерять скорость диффузии молекул. В дальнейшем это можно использовать для квантовых расчетов и прогнозирования функциональных свойств этих материалов в зависимости от молекулярного строения.

Результаты исследования легли в основу двух научных статьей,  опубликованных в ведущих общехимических журналах: Angewandte Chemie и Сhemical Communications. Новосибирские ученые смогли показать, что у ионных жидкостей, кроме сложного устройства, наблюдается необычное фазовое поведение: они динамически неоднородны.

- Вроде бы это кристалл, но когда вы смотрите с точки зрения динамики, то видите смесь неподвижного и жидкого состояний. Это уникальное наблюдение. Мы смогли показать, что это происходит с достаточно низкой температуры (−50 С) вплоть до перехода в жидкое состояние при комнатной температуре. Это означает, что быстрое движение протонов в ионных жидкостях возможно и в замерзшем состоянии, - резюмировал Даниил Колоколов
.

Похожие новости

  • 24/11/2017

    Юрий Аристов: суровый климат России может стать ее конкурентным преимуществом

    ​Альтернативная энергетика подразумевает возможность получать тепло и энергию из того, чего много: где-то хватает солнечных дней, где-то — ветра, а чего предостаточно в Сибири? Правильно, холода. Учёные из Института катализа им.
    749
  • 19/09/2017

    Углеводороды будут главными энергоносителями для автомобилей до 2050 года

    ​Углеводороды будут доминировать в качестве энергоносителей для большинства видов транспортных средств как минимум до 2050-х годов. Такой прогноз озвучил на шестом международном энергетическом форуме в Лионе научный руководитель Института катализа Сибирского отделения РАН, лауреат премии "Глобальная энергия-2016" Валентин Пармон.
    562
  • 30/03/2016

    Ученые увеличат прочность углеродных композитов, используя нанотрубки

    ​Среди основных достоинств технологии, развиваемой сотрудниками Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН — низкая стоимость получаемых структур и возможность придавать им различные функциональные свойства.
    1748
  • 23/10/2017

    Что нужно для развития химической отрасли

    ​Развитие химической отрасли немыслимо без инноваций, поэтому особое значение приобретает трансфер современных технологий. Еще лет пятнадцать назад в случае необходимости в том или ином продукте о подобной проблеме не задумывались, и нужная продукция просто импортировалась.
    537
  • 20/12/2016

    В ИК СО РАН разработали способ каталитической утилизации осадков сточных вод

    ​В Институте катализа СО РАН впервые разработан метод каталитической утилизации иловых осадков коммунальных сточных вод – одного из наиболее требовательных и сложных в утилизации видов отходов – с одновременной выработкой энергии для местного теплоснабжения.
    1261
  • 20/02/2017

    Новосибирские ученые предлагают недорогой способ утилизации отходов канализации

    ​Утилизировать отходы сточных вод с помощью катализаторов предложили новосибирские ученые. Обычно иловые осадки складируют на специальных полигонах или сжигают с применением песка. Это затратно и неэкологично.
    1134
  • 07/04/2017

    Катализатор для экономики

    Сорок современных лабораторий за два года планируют создать на предприятии, которое занимается разработкой и производством катализаторов. Преобразования заметны, компании конкурентоспособны, а развиваемые ими направления перспективны.
    1100
  • 26/07/2016

    Ученые СО РАН знают, как создать аэрогель

    ​Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.
    1341
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    412
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    1695