باز کردن پتانسیل مایعات یونی پیریدین: روابط ساختار و پیشرفت و دامنه کاربرد

مایعات یونی پیریدین (PILS) ، در میان نسل های اولیه مایعات یونی مورد مطالعه ، توجه سادگی ساختاری و خواص قابل تنظیم آنها را به خود جلب کرده است. این ترکیبات متشکل از یک کاتیون پیریدینیوم و طیف متنوعی از آنیون ها ، یک بستر همه کاره برای کاوش در شیمی اساسی مایعات یونی ارائه می دهند. با این حال ، کاربرد عملی PILS توسط محدودیت های خاص فیزیکوشیمیایی محدود شده است - مهمترین آنها نقاط ذوب نسبتاً زیاد آنها. در این مقاله به بررسی روابط اصلی ساختار و پیشرفته ای که رفتار PIL را تعریف می کند و پتانسیل آنها را در بین برنامه های مختلف شیمیایی و صنعتی ارزیابی می کند.

خصوصیات ساختاری
ویژگی تعیین کننده مایعات یونی پیریدین در چارچوب کاتیونی آنها نهفته است. کاتیون به طور معمول یک یون N-alkylpyridinium است ، که در آن طول زنجیره آلکیل می تواند متفاوت باشد (به عنوان مثال ، اتیل ، بوتیل ، هگزیل یا اوکتیل). ماهیت این جایگزین به طور مستقیم بر خصوصیات بدنی مایع یونی حاصل مانند ویسکوزیته ، پایداری حرارتی و نقطه ذوب تأثیر می گذارد. زنجیره های آلکیل کوتاه به طور معمول منجر به تعامل یونی قوی تر و افزایش تبلور می شوند و منجر به نقاط ذوب بالاتر می شوند. در مقابل ، زنجیره های طولانی تر آبگریز را افزایش می دهند و می توانند تبلور را سرکوب کنند و به طور بالقوه نقطه ذوب را کاهش می دهند.

از طرف آنیونی ، PILS طیف گسترده ای از پیشخوان ها را شامل می شود ، از جمله:
هالیدها: کلرید (CL⁻) ، برمید (BR⁻)
آنیونهای فلوئور شده: tetrafluoroborate (bf₄⁻) ، hexafluorophosphate (pf₆⁻) ، bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (ntf₂⁻)
هر آنیون خصوصیات حرارتی ، شیمیایی و حلال دهنده خاصی را به خود اختصاص می دهد. به عنوان مثال ، NTF₂⁻ به دلیل انتقال ویسکوزیته کم و پایداری حرارتی بالا شناخته شده است ، و آن را برای سیستم های با درجه حرارت بالا و آبگریز جذاب می کند.

خواص فیزیکوشیمیایی
خصوصیات فیزیکوشیمیایی PIL ها از نزدیک با تعامل بین کاتیون و آنیون گره خورده است. نقطه ذوب ، اغلب بالاتر از سایر مایعات یونی مشترک مانند ایمیدازولیوم یا مشتقات پیرولیدینیوم ، یک عامل محدود کننده مهم است. این تا حد زیادی به ماهیت معطر مسطح حلقه پیریدینیوم نسبت داده می شود ، که باعث جمع آوری قوی π-π می شود و بسته بندی را در حالت جامد سفارش می دهد.

با وجود این ، مایعات یونی پیریدین از چندین جنبه ویژگی های مطلوبی را نشان می دهند:
ثبات حرارتی: بسیاری از PIL ها در دمای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد تجزیه می شوند و آنها را برای برنامه های درجه حرارت بالا مناسب می کند.
پنجره الکتروشیمیایی: آنها اغلب یک پنجره الکتروشیمیایی گسترده را نشان می دهند ، برای کاربردهای الکتروشیمیایی مهم است.
توانایی نجات: بسته به آنیون ، PILS می تواند طیف وسیعی از مواد آلی ، معدنی و پلیمری را حل کند.

روابط ساختار و پروپری
شناخت روابط ساختار و پروپری در PILS برای خیاطی رفتار آنها به کارهای خاص بسیار مهم است. روابط کلیدی شامل:
طول زنجیره آلکیل در مقابل ویسکوزیته و نقطه ذوب: افزایش طول زنجیره آلکیل به طور کلی نقطه ذوب را کاهش می دهد اما ویسکوزیته را افزایش می دهد.
نوع آنیون در مقابل آبگریز و پایداری: آنیونهای فلوئور شده مانند PF₆⁻ و NTF₂⁻ پایداری حرارتی و الکتروشیمیایی را بهبود می بخشند ، در حالی که هالیدها هدایت بالاتر اما استحکام حرارتی کمتری دارند.
برنامه ریزی کاتیون در مقابل بسته بندی حالت جامد: ماهیت مسطح حلقه پیریدینیوم به دلیل تشکیل شبکه یونی قوی تر به نقاط ذوب بالاتر کمک می کند.

دامنه کاربرد
اگرچه به اندازه سایر مایعات یونی استفاده نمی شود ، مایعات یونی پیریدین در چندین منطقه طاقچه و در حال ظهور پتانسیل را نشان داده اند:
سیستم های الکتروشیمیایی
به دلیل هدایت یونی و ثبات الکتروشیمیایی ، PIL ها کاندیدای الکترولیت در باتری ها ، خازن ها و سلول های سوختی هستند. قابلیت تنظیم هر دو ساختار کاتیون و آنیون امکان بهینه سازی در رژیم های خاص ولتاژ و هدایت را فراهم می کند.

رسانه کاتالیز و واکنش
PIL ها به عنوان حلالها و کاتالیزورها در واکنشهای ارگانیک مورد بررسی قرار گرفته اند ، به ویژه در تحولات که از رسانه های یونی با نوسانات کم و استقامت حرارتی خوب بهره مند می شوند.

فن آوری های استخراج و جدایی
حلالیت انتخابی PILS استفاده از آنها را در سیستم های استخراج مایع مایع برای یون های فلزی ، آلاینده های آلی و مولکولهای زیستی امکان پذیر می کند.

پردازش مواد و پلیمریزاسیون
برخی از مطالعات PILS را به عنوان حلال یا مواد افزودنی در واکنش های پلیمریزاسیون ، از قطبیت و خواص حرارتی آنها بهره می برند.

چالش ها و چشم انداز
چالش کلیدی محدود کردن پذیرش گسترده تر PILS ، نقاط ذوب نسبتاً بالا آنها است ، به خصوص برای کسانی که زنجیرهای آلکیل کوتاه و آنیونهای هالید ساده دارند. استراتژی های برای پرداختن به این امر شامل استفاده از گروه های آلکیل نامتقارن ، ترکیب آنیونهای حجیم یا انعطاف پذیر و سنتز مخلوط های مبتنی بر PIL یا سیستم های eutectic است.

تحولات آینده همچنین ممکن است بر عملکرد حلقه پیریدینیوم با گروههای واکنشی یا هماهنگ کننده اضافی متمرکز شود تا تعامل خاص در کاتالیز ، سنجش یا تشخیص مولکولی را فعال کند. با افزایش تقاضا برای حلالهای خوش خیم و ساختاری از نظر ساختاری ، علاقه تجدید شده به مایعات یونی پیریدین پیش بینی می شود.

مایعات یونی پیریدین یک کلاس ساختاری غنی و عملکردی قابل تنظیم از ترکیبات را در خانواده وسیع تر مایعات یونی ارائه می دهند. در حالی که استفاده از آنها در حال حاضر توسط خواص حرارتی محدود شده است ، تحقیقات مداوم در بهینه سازی ساختار و پروپری می تواند طیف گسترده ای از برنامه ها را باز کند. خصوصیات منحصر به فرد الکتروشیمیایی ، رفتار نجات و طراحی مدولار آنها را به کاندیداهای امیدوار کننده برای کاربردهای تخصصی در الکتروشیمی ، کاتالیز و پردازش مواد تبدیل می کند. $ $