在全球关注气候变化和温室气体控制的背景下，一种新的二氧化碳捕获、利用和储存技术引起了广泛关注。由于其超低蒸气压和环保特性，离子液体被认为是一种新型的二氧化碳吸附剂。它们仅由阳离子(带正电的离子)和阴离子(带负电的离子)组成。

最近，科学家们发现，二维离子液体显示出与体相完全不同的熔化行为，导致在二氧化碳吸附-解吸过程中具有较高的二氧化碳吸附能力和结构坚固性。该研究小组由中国科学院(CAS)过程工程研究所(IPE)的张锁江和何宏艳教授领导。这项研究于2022年7月12日发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

科学家们发现，当被金属表面支持时，离子液体可以形成一个二维-单层的、有序的棋盘结构。二维离子液体表现出反常的逐步熔化过程，涉及局部旋转、平面外翻和完全无序状态，而不是本体离子液体的单一熔点。

“阴离子和阳离子以棋盘方式排列在一起，从而形成一个二维的、有序的Z键网络。这使得它更有可能出现离子旋转和翻转等多步骤的熔化行为，”何宏艳教授说。

大量的分子动力学模拟表明，由于不饱和和暴露的Z键，二维离子液体在捕获二氧化碳方面表现出色。与相应的块状离子液体相比，二维[Mmim]PF6所吸附的二氧化碳的分子分数至少提高了一个数量级。

“更高的二氧化碳吸附能力表明，这种二维离子液体可以作为催化剂的功能层，增强二氧化碳的传质过程，这对二氧化碳的固定和转化非常重要，”IPE的王艳磊副教授说。

这种离子液体的二维编辑技术有望为液体的精确控制和功能设计提供一种新方法，这对于涉及溶剂、电解质和液体催化剂的各种化学工程应用来说是很有希望的。