Solvation properties of protic ionic liquid–molecular solvent mixtures

文献情報

出版日 2020-04-22
DOI 10.1039/D0CP00201A
インパクトファクター 3.676
著者

Dilek Yalcin, Andrew J. Christofferson, Calum J. Drummond, Tamar L. Greaves


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要旨

Ionic liquids (ILs) are increasingly receiving interest for a wide range of applications. However, for many applications their cost and/or viscosity can be too high. This can be addressed by using protic ionic liquids as cheaper alternatives, and through mixing with molecular solvents. However, mixing ILs with a molecular solvent adds another dimension to the compositional space, as well as increasing the complexity of solvent–solute interactions. In this study, we have investigated the solvation properties of binary mixtures of PILs with molecular solvents. The selected binary solvent systems are the PILs ethylammonium nitrate (EAN) and propylammonium nitrate (PAN) combined with either water, methanol, acetonitrile or DMSO. In addition, water is combined with the other molecular solvents for comparison. The mole fractions of the secondary solvents were 0, 0.25, 0.5, 0.75, 0.9 and 1 for all combinations, which resulted in a total of 66 solvent mixtures. The solvation properties in each of these mixtures were determined from spectroscopic measurements of 4 well-known solvatochromic probe molecules as solutes. The solvation properties were comparatively investigated, and interpreted, in terms of the specific and non-specific interactions between PIL–solvent, PIL–solute and solvent–solute. All 66 solvent mixtures were also analysed using FTIR with no probe molecules present. In addition, through molecular dynamics simulations, the dye–solvent interactions were simulated for two of the dye molecules in water–EAN binary systems, and the radial distribution functions for the key interactions were obtained. The results showed that the solvation parameters of the binary mixtures deviated considerably from the ideal solvation behaviour. In many cases, bulk compositions and the estimated excess compositions in the solvation shells of the probes were different, suggesting preferential solvation, the extent of which is solute dependent. Our results clearly show that using PILs in a mixture with molecular solvents can strongly enhance the solvation capability.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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