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近日，北京理工大學(xué)生命學(xué)院綠色生物制造課題組在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（影響因子18.808）發(fā)表題為《Roles of Ionic Liquids in Adjusting Nature of Ionogels: A Mini Review》的綜述，文章綜述了離子液體在調(diào)控離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性能方面發(fā)揮的作用。該文章通訊作者為閻繼鵬副教授和孫劍教授，第一作者為北京理工大學(xué)生命學(xué)院2020級碩士生羅志鴻。

圖1. 離子凝膠相比于水凝膠的特殊性能

離子凝膠是一種具有類凝膠結(jié)構(gòu)和離子導(dǎo)電性的固態(tài)混合物，通常是由高分子有機聚合物和可電解為離子的鹽類電解質(zhì)材料混合而成。將離子液體限制在三維聚合物網(wǎng)絡(luò)中可以形成具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的離子凝膠。由于離子液體的存在，離子凝膠具有很多獨特的功能，如：導(dǎo)電性、優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性、寬溫度范圍內(nèi)性質(zhì)的穩(wěn)定性、抗凍和抗菌性等，并且在儲能、傳感、3D打印和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有非常廣泛的用途。研究和理解離子液體對離子凝膠的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用的影響規(guī)律和作用機制，對于發(fā)展高性能離子凝膠，拓寬和深化其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。基于近年來的諸多研究進展，本綜述圍繞離子液體可能發(fā)揮的氫鍵、靜電、主客體、親疏性及溶劑化等不同作用，較為系統(tǒng)地總結(jié)和評述了離子液體對離子凝膠結(jié)構(gòu)和功能的影響機制，并對相關(guān)挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢進行了初步地討論。

圖2. 離子液體調(diào)控離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的示意圖

離子液體在調(diào)節(jié)離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面發(fā)揮著非常重要的作用。離子液體的可設(shè)計性為發(fā)展具有特定結(jié)構(gòu)和功能的離子凝膠、滿足不同的應(yīng)用需求提供了諸多可能性。離子凝膠在結(jié)構(gòu)和功能上與水凝膠有著顯著差異。1）作為分散介質(zhì)，由于強氫鍵和靜電相互作用，多數(shù)的離子液體對離子凝膠具有增塑作用，能夠改變其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，進而使離子凝膠相較水凝膠具有更高的拉伸性、降低的楊氏模量、更大的孔徑和更低的結(jié)晶度等不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；2）作為聚合物網(wǎng)絡(luò)的組分，聚離子液體與其他組分之間的氫鍵和靜電相互作用不僅可以提高離子凝膠的機械強度，還可以調(diào)控離子凝膠的形貌（如層狀堆疊、球形膠束或蠕蟲狀膠束等）和結(jié)構(gòu)（如更小的孔徑、更高的孔密度等）；3）通過主客體相互作用（如環(huán)糊精-離子液體等），可以設(shè)計合成不同的智能離子凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)對不同的外部刺激（如光和熱）作出響應(yīng)；4）利用聚合物成分與離子液體的親疏相互作用，設(shè)計合成不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的嵌段共聚物離子凝膠；5）基于離子液體對生物質(zhì)分子（如纖維素、木質(zhì)素和甲殼素等）的強溶解能力，可以獲得不同的生物質(zhì)離子凝膠。

目前，通過離子液體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和作用力調(diào)控，可以制備具有熱穩(wěn)定性、抗凍性、導(dǎo)電性和抗菌能力等獨特性能的離子凝膠。針對多數(shù)離子凝膠仍存在的應(yīng)用過程中吸濕和由于離子液體粘度高導(dǎo)致的凝膠合成困難等問題，未來需要進一步地開展離子液體的構(gòu)效關(guān)系研究，設(shè)計合成高性能的離子凝膠，從而發(fā)揮其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。

論文詳情：

Zhihong Luo, Wenjin Li, Jipeng Yan,* and Jian Sun*, Roles of Ionic Liquids in Adjusting Nature of Ionogels: A Mini Review, Advanced Functional Materials, 2022, 2203988. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202203988

附課題組簡介：

綠色生物制造課題組圍繞國家“雙碳”和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求，注重化學(xué)、生物、化工、材料等多學(xué)科交叉融合，開展功能化離子液體基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，具體方向包括功能化離子液體設(shè)計及微環(huán)境作用，生物基化學(xué)品和材料合成，光、電、熱、生物等過程耦合，以及仿生功能器件構(gòu)建等。課題組長為孫劍教授，博導(dǎo)，北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者，中國纖維素行業(yè)協(xié)會技術(shù)委員會副主任，中國化工學(xué)會離子液體專委會委員，中國膜工業(yè)協(xié)會醫(yī)藥生物用膜技術(shù)委員會委員。長期從事基于離子液體的綠色過程研究，在Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Chem. Eng. J., Adv. Funct. Mater. 等國際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，授權(quán)中國發(fā)明專利20余項、美國專利3項、日本專利1項；主持和參與國家自然科學(xué)基金等項目10余項；現(xiàn)擔(dān)任  Energy Environ. Mater., Chinese J. Chem. Eng., Green Chem. Eng. 等期刊青年編委。課題組閻繼鵬副教授，博導(dǎo)，中國化工學(xué)會過程強化專業(yè)委員會青年委員。長期從事生物質(zhì)的高效綠色轉(zhuǎn)化，生物基材料及化學(xué)品的開發(fā)與利用。在相關(guān)領(lǐng)域重要期刊發(fā)表SCI論文20余篇。主持/骨干參與生物基材料/化學(xué)品商業(yè)化轉(zhuǎn)化項目25項。曾多次榮獲美國勞倫斯伯克利實驗室突出貢獻獎。