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北理工课题组在离子凝胶领域发表综述文章


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近日,威尼斯人手机网址生命学院绿色生物制造课题组在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子18.808)发表题为《Roles of Ionic Liquids in Adjusting Nature of Ionogels: A Mini Review》的综述,文章综述了离子液体在调控离子凝胶的结构和性能方面发挥的作用。该文章通讯作者为阎继鹏副教授和孙剑教授,第一作者为威尼斯人手机网址生命学院2020级硕士生罗志鸿。

图1. 离子凝胶相比于水凝胶的特殊性能

离子凝胶是一种具有类凝胶结构和离子导电性的固态混合物,通常是由高分子有机聚合物和可电解为离子的盐类电解质材料混合而成。将离子液体限制在三维聚合物网络中可以形成具有特定结构和性质的离子凝胶。由于离子液体的存在,离子凝胶具有很多独特的功能,如:导电性、优良的电化学稳定性、宽温度范围内性质的稳定性、抗冻和抗菌性等,并且在储能、传感、3D打印和生物医学等领域具有非常广泛的用途。研究和理解离子液体对离子凝胶的结构、性质和应用的影响规律和作用机制,对于发展高性能离子凝胶,拓宽和深化其应用领域具有重要意义。基于近年来的诸多研究进展,本综述围绕离子液体可能发挥的氢键、静电、主客体、亲疏性及溶剂化等不同作用,较为系统地总结和评述了离子液体对离子凝胶结构和功能的影响机制,并对相关挑战和未来发展趋势进行了初步地讨论。

图2. 离子液体调控离子凝胶的结构和性质的示意图

离子液体在调节离子凝胶的结构和性质方面发挥着非常重要的作用。离子液体的可设计性为发展具有特定结构和功能的离子凝胶、满足不同的应用需求提供了诸多可能性。离子凝胶在结构和功能上与水凝胶有着显著差异。1)作为分散介质,由于强氢键和静电相互作用,多数的离子液体对离子凝胶具有增塑作用,能够改变其结晶结构,进而使离子凝胶相较水凝胶具有更高的拉伸性、降低的杨氏模量、更大的孔径和更低的结晶度等不同的结构和性质;2)作为聚合物网络的组分,聚离子液体与其他组分之间的氢键和静电相互作用不仅可以提高离子凝胶的机械强度,还可以调控离子凝胶的形貌(如层状堆叠、球形胶束或蠕虫状胶束等)和结构(如更小的孔径、更高的孔密度等);3)通过主客体相互作用(如环糊精-离子液体等),可以设计合成不同的智能离子凝胶能够实现对不同的外部刺激(如光和热)作出响应;4)利用聚合物成分与离子液体的亲疏相互作用,设计合成不同结构和性质的嵌段共聚物离子凝胶;5)基于离子液体对生物质分子(如纤维素、木质素和甲壳素等)的强溶解能力,可以获得不同的生物质离子凝胶。

目前,通过离子液体的结构设计和作用力调控,可以制备具有热稳定性、抗冻性、导电性和抗菌能力等独特性能的离子凝胶。针对多数离子凝胶仍存在的应用过程中吸湿和由于离子液体粘度高导致的凝胶合成困难等问题,未来需要进一步地开展离子液体的构效关系研究,设计合成高性能的离子凝胶,从而发挥其在更广泛领域的应用。

论文详情:

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


附课题组简介:

绿色生物制造课题组围绕国家“双碳”和可持续发展战略需求,注重化学、生物、化工、材料等多学科交叉融合,开展功能化离子液体基础及应用研究,具体方向包括功能化离子液体设计及微环境作用,生物基化学品和材料合成,光、电、热、生物等过程耦合,以及仿生功能器件构建等。课题组长为孙剑教授,博导,威尼斯人手机网址特立青年学者,中国纤维素行业协会技术委员会副主任,中国化工学会离子液体专委会委员,中国膜工业协会医药生物用膜技术委员会委员。长期从事基于离子液体的绿色过程研究,在Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Chem. Eng. J., Adv. Funct. Mater. 等国际著名期刊发表学术论文80余篇,授权中国发明专利20余项、美国专利3项、日本专利1项;主持和参与国家自然科学基金等项目10余项;现担任  Energy Environ. Mater., Chinese J. Chem. Eng., Green Chem. Eng. 等期刊青年编委。课题组阎继鹏副教授,博导,中国化工学会过程强化专业委员会青年委员。长期从事生物质的高效绿色转化,生物基材料及化学品的开发与利用。在相关领域重要期刊发表SCI论文20余篇。主持/骨干参与生物基材料/化学品商业化转化项目25项。曾多次荣获美国劳伦斯伯克利实验室突出贡献奖。


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