北京理工大學(xué)生命學(xué)院綠色生物制造課題組在國際頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（影響因子18.808）發(fā)表題為《Roles of Ionic Liquids in Adjusting Nature of Ionogels:A Mini Review》的綜述，文章綜述了離子液體在調(diào)控離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性能方面發(fā)揮的作用。該文章通訊作者為閻繼鵬副教授和孫劍教授，第一作者為北京理工大學(xué)生命學(xué)院2020級(jí)碩士生羅志鴻。

離子凝膠是一種具有類凝膠結(jié)構(gòu)和離子導(dǎo)電性的固態(tài)混合物，通常是由高分子有機(jī)聚合物和可電解為離子的鹽類電解質(zhì)材料混合而成。將離子液體限制在三維聚合物網(wǎng)絡(luò)中可以形成具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的離子凝膠。由于離子液體的存在，離子凝膠具有很多獨(dú)特的功能，如：導(dǎo)電性、優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性、寬溫度范圍內(nèi)性質(zhì)的穩(wěn)定性、抗凍和抗菌性等，并且在儲(chǔ)能、傳感、3D打印和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有非常廣泛的用途。研究和理解離子液體對(duì)離子凝膠的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用的影響規(guī)律和作用機(jī)制，對(duì)于發(fā)展高性能離子凝膠，拓寬和深化其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。基于近年來的諸多研究進(jìn)展，本綜述圍繞離子液體可能發(fā)揮的氫鍵、靜電、主客體、親疏性及溶劑化等不同作用，較為系統(tǒng)地總結(jié)和評(píng)述了離子液體對(duì)離子凝膠結(jié)構(gòu)和功能的影響機(jī)制，并對(duì)相關(guān)挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了初步地討論。

圖1.離子凝膠相比于水凝膠的特殊性能

離子液體在調(diào)節(jié)離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面發(fā)揮著非常重要的作用。離子液體的可設(shè)計(jì)性為發(fā)展具有特定結(jié)構(gòu)和功能的離子凝膠、滿足不同的應(yīng)用需求提供了諸多可能性。離子凝膠在結(jié)構(gòu)和功能上與水凝膠有著顯著差異。1）作為分散介質(zhì)，由于強(qiáng)氫鍵和靜電相互作用，多數(shù)的離子液體對(duì)離子凝膠具有增塑作用，能夠改變其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使離子凝膠相較水凝膠具有更高的拉伸性、降低的楊氏模量、更大的孔徑和更低的結(jié)晶度等不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；2）作為聚合物網(wǎng)絡(luò)的組分，聚離子液體與其他組分之間的氫鍵和靜電相互作用不僅可以提高離子凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，還可以調(diào)控離子凝膠的形貌（如層狀堆疊、球形膠束或蠕蟲狀膠束等）和結(jié)構(gòu)（如更小的孔徑、更高的孔密度等）；3）通過主客體相互作用（如環(huán)糊精-離子液體等），可以設(shè)計(jì)合成不同的智能離子凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同的外部刺激（如光和熱）作出響應(yīng)；4）利用聚合物成分與離子液體的親疏相互作用，設(shè)計(jì)合成不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的嵌段共聚物離子凝膠；5）基于離子液體對(duì)生物質(zhì)分子（如纖維素、木質(zhì)素和甲殼素等）的強(qiáng)溶解能力，可以獲得不同的生物質(zhì)離子凝膠。

圖2.離子液體調(diào)控離子凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的示意圖

目前，通過離子液體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和作用力調(diào)控，可以制備具有熱穩(wěn)定性、抗凍性、導(dǎo)電性和抗菌能力等獨(dú)特性能的離子凝膠。針對(duì)多數(shù)離子凝膠仍存在的應(yīng)用過程中吸濕和由于離子液體粘度高導(dǎo)致的凝膠合成困難等問題，未來需要進(jìn)一步地開展離子液體的構(gòu)效關(guān)系研究，設(shè)計(jì)合成高性能的離子凝膠，從而發(fā)揮其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。