Solubilidad de nitrógeno ultraalta inducida por dominios de flúor en líquidos iónicos

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Los líquidos iónicos fluorados (IL) son reconocidos por su excelente solubilidad en gas, particularmente para el nitrógeno (N2), un factor clave en las reacciones de electrorreducción.
• El impacto preciso de los grupos funcionales fluorados en la solvación de N2 y la solubilidad dentro de las IL sigue siendo incompleto.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de los grupos funcionales fluorados en la solubilidad de N2 en diversos líquidos iónicos.
• Aclarar los mecanismos detrás de la mayor solubilidad de N2 en las IL fluoradas y establecer relaciones cuantitativas.

Principales métodos:

• Realizó extensas simulaciones de dinámica molecular.
• Se utilizaron métodos de perturbación de la energía libre para analizar la solubilidad de N2 en 11 IL tradicionales y 9 fluorados.
• Introdujo y utilizó el concepto de energía de densificación de flúor (FDE).

Principales resultados:

• El trifluorofosfato de IL 1-etil-3-metilimidazolio fluorado ([Emim]FAP) demostró una solubilidad de N2 ultra alta (4,844 × 10−3), 118 veces mayor que la de [Emim]NO3.
• Las IL con más de 10 enlaces C-F exhibieron una mayor solubilidad de N2 y solvación exotérmica, mientras que menos enlaces C-F condujeron a una disminución de la solubilidad y el comportamiento endotérmico.
• Se encontró una correlación lineal entre la FDE y el número de enlaces C-F, con una menor FDE correlacionada con una menor energía de disociación de aniones N2 y un mayor volumen libre, mejorando así la solubilidad de N2.

Conclusiones:

• Las IL fluoradas, en particular las con fluoración extensa, ofrecen una solubilidad superior de N2 crucial para la electrorreducción de N2.
• La energía de densificación del flúor (FDE) es un parámetro clave para comprender y predecir la solubilidad del N2 en las IL.
• Estos hallazgos proporcionan una base para el diseño de materiales avanzados basados en IL para tecnologías eficientes de captura y conversión de N2.