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끊임없이 진화하는 첨단 소재 환경 속에서, 이온성 액체 (IL) 액체, 염, 용매의 전통적인 분류를 거부하는 혁명적인 종류의 물질로 등장했습니다. 그러나 이온성 액체를 그토록 독특하게 만드는 것은 정확히 무엇이며, 지속 가능한 기술, 녹색 화학 및 차세대 전기화학 시스템 개발의 초석으로 점점 더 간주되는 이유는 무엇입니까?
가장 기본적인 수준에서 이온성 액체는 이온으로만 이루어진 소금 100°C 이하, 심지어 실온에서도 액체 상태로 유지되는 경우가 많습니다. 녹는 데 고온이 필요한 염화나트륨과 같은 전통적인 염과 달리 이온성 액체는 일반적으로 다음과 같은 물질로 만들어집니다. 부피가 크고 비대칭인 유기 양이온 (이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄 등)과 결합 무기 또는 유기 음이온 (비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, PF₆⁻, BF₄⁻ 또는 할로겐화물과 같은). 불규칙한 모양과 이온 간의 약한 배위는 결정화를 방지하고 특성적으로 낮은 융점을 초래합니다.
이온성 액체의 물리화학적 특성은 조정 가능한 분자 구조만큼 다양합니다. 그들의 가장 뚜렷한 특징 중 하나는 무시할 수 있는 증기압 이는 비휘발성이므로 기존 유기 용매에 대한 환경 친화적인 대안으로 매력적입니다. 이 기능만으로도 이 제품은 최고의 위치에 올랐습니다. 녹색 화학 이니셔티브 휘발성 유기화합물(VOC) 제거가 최우선입니다.
비휘발성을 넘어 이온성 액체는 탁월한 열적, 전기화학적 안정성 . 많은 IL은 분해되지 않고 200°C를 초과하는 온도에서 작동할 수 있으며 넓은 전기화학적 창(일부 시스템에서는 최대 6V)으로 인해 다음과 같은 응용 분야에서 이상적인 전해질이 됩니다. 리튬이온 배터리, 슈퍼커패시터, 금속 도금 . 고유한 이온 특성은 특히 기존 용매가 가혹한 조건에서 증발하거나 분해되는 시스템에서 높은 이온 전도성을 부여합니다.
이온성 액체의 또 다른 중요한 장점은 화학적 조정 가능성 . 양이온이나 음이온을 수정함으로써 과학자들은 점도, 극성, 친수성, 심지어 배위 능력과 같은 특성을 미세 조정할 수 있습니다. 이로써 다음의 생성이 가능해졌습니다. 작업별 이온성 액체(TSIL) 예를 들어 CO2 포집, 바이오매스 처리 또는 전이금속 촉매작용과 같은 매우 선택적인 역할을 위해 설계되었습니다. IL의 모듈성은 IL을 복잡한 화학 환경을 위한 일종의 "설계 용매"로 만듭니다.
분야에서는 분리 및 추출 , 이온성 액체는 기존 용매에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 광범위한 유기 및 무기 화합물을 용해시키는 능력과 물 또는 탄화수소와의 불혼화성(구성에 따라 다름) 덕분에 매우 효율적인 액체-액체 추출 시스템이 가능해졌습니다. IL은 다음 용도로 사용되었습니다. 희토류 원소 회수, 연료에서 황 화합물 제거, 식물에서 생리 활성 분자 추출까지 .
~ 안에 촉매작용 용매 및 조촉매로서 IL은 반응 선택성과 수율을 향상시키는 동시에 생성물 분리를 단순화합니다. 많은 전이 금속 착물은 IL 매체에서 향상된 안정성과 활성을 나타냅니다. 특히, 이온성 액체가 다음과 같은 분야에 활용되었습니다. 비대칭 수소화, 알킬화 및 교차 커플링 반응 , 종종 기존 시스템보다 온화한 조건에서 발생합니다.
이온성 액체의 가장 최첨단 응용 분야 중 하나는 다음과 같습니다. 전기화학 장치 및 에너지 저장 . IL 기반 전해질이 리튬 금속 배터리, 나트륨 이온 배터리, 염료감응형 태양전지(DSSC), 심지어 고체 전해질까지 . 전기화학적 불활성, 불연성 및 내열성은 에너지 시스템의 안전성과 성능을 모두 향상시키는 데 중요한 이점을 제공합니다.
이러한 가능성에도 불구하고 이온성 액체에는 어려움이 없는 것은 아닙니다. 많은 IL은 여전히 대규모로 합성하는 데 비용이 많이 들고 일부는 고점도 , 이는 대량 전송 속도를 제한합니다. 또한 IL은 종종 "친환경 용매"로 홍보되지만 생분해성 및 독성 구조에 따라 크게 달라지며 장기적인 환경 영향은 여전히 활발한 연구 분야입니다. 보다 지속 가능한 합성 경로와 포괄적인 수명 주기 분석을 통해 이러한 문제를 해결하는 것은 광범위한 채택에 필수적입니다.
이온성 액체의 미래는 점점 더 학제적으로 발전하고 있습니다. ~ 안에 재료과학 , IL은 나노물질, MOF(금속-유기 골격) 및 전도성 고분자의 합성에서 용매 및 템플릿으로 사용되고 있습니다. ~ 안에 생명공학 , 이는 비전통적인 조건에서 효소 안정화, 단백질 추출, 심지어 DNA 조작까지 가능하게 합니다. 그들의 잠재적인 역할 탄소 포집 및 활용(CCU) 특히 CO2에 대한 친화력과 높은 열 저항을 고려하면 기술도 탄력을 받고 있습니다.
