在全球關注氣候變化和溫室氣體控制的背景下，一種新的二氧化碳捕獲、利用和儲存技術引起了廣泛關注。由於其超低蒸氣壓和環保特性，離子液體被認為是一種新型的二氧化碳吸附劑。它們僅由陽離子（帶正電的離子）和陰離子（帶負電的離子）組成。
最近，科學家們發現，二維離子液體顯示出與體相完全不同的熔化行為，導致在二氧化碳吸附-解吸過程中具有較高的二氧化碳吸附能力和結構堅固性。該研究小組由中國科學院（CAS）過程工程研究所（IPE）的張鎖江和何宏艷教授領導。這項研究於2022年7月12日發表在《細胞報告物理科學》雜誌上。
科學家們發現，當被金屬表面支持時，離子液體可以形成一個二維-單層的、有序的棋盤結構。二維離子液體表現出反常的逐步熔化過程，涉及局部旋轉、平面外翻和完全無序狀態，而不是本體離子液體的單一熔點。
“陰離子和陽離子以棋盤方式排列在一起，從而形成一個二維的、有序的Z鍵網絡。這使得它更有可能出現離子旋轉和翻轉等多步驟的熔化行為，”何宏艷教授說。
大量的分子動力學模擬表明，由於不飽和和暴露的Z鍵，二維離子液體在捕獲二氧化碳方面表現出色。與相應的塊狀離子液體相比，二維[Mmim]PF6所吸附的二氧化碳的分子分數至少提高了一個數量級。
“更高的二氧化碳吸附能力表明，這種二維離子液體可以作為催化劑的功能層，增強二氧化碳的傳質過程，這對二氧化碳的固定和轉化非常重要，”IPE的王艷磊副教授說。
這種離子液體的二維編輯技術有望為液體的精確控制和功能設計提供一種新方法，這對於涉及溶劑、電解質和液體催化劑的各種化學工程應用來說是很有希望的。