Bunching and Immobilization of Ionic Liquids in Nanoporous Metal–Organic Framework

纳米孔 离子液体 金属 离子键合 材料科学 金属有机骨架 纳米技术 化学工程 化学 离子 吸附 冶金 物理化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Anemar Bruno Kanj,Rupal Verma,Modan Liu,Julian Helfferich,Wolfgang Wenzel,Lars Heinke
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (3): 2114-2120 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04694
摘要

Room-temperature ionic liquids (ILs) are a unique, novel class of designer solvents and materials with exclusive properties, attracting substantial attention in fields like energy storage and supercapacitors as well as in ion-based signal processing and electronics. For most applications, ILs need to be incorporated or embedded in solid materials like porous hosts. We investigate the dynamic structure of ILs embedded in well-defined pores of metal–organic frameworks (MOFs). The experimental data combined with molecular dynamics simulations unveil astonishing dynamic properties of the IL in the MOF nanoconfinement. At low IL loadings, the ions drift in the pores along the electric field, whereas at high IL loadings, collective field-induced interactions of the cations and anions lead to blocking the transport, thus suppressing the ionic mobility and tremendously decreasing the conductivity. The mutual pore blockage causes immobilized ions in the pores, resulting in a highly inhomogeneous IL density and bunched-up ions at the clogged pores. These results provide novel molecular-level insights into the dynamics of ILs in nanoconfinement, significantly enhancing the tunability of IL material properties.

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