埃尺度二维通道中受限离子液体的增强离子电导率
化学物理
2026-05-19 v1
摘要
理解分子限域下的离子传输对于开发下一代能源技术至关重要，其中离子运动通常发生在纳米或埃尺度通道内。在本研究中，我们使用由范德华组装制造的埃尺度狭缝形二维通道中受限的1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺（[EMIM]+[TFSI]-）模型系统，作为更广泛受限离子液体类别的一个实例。该系统提供了一个明确的平台，以揭示极端限域下离子传输的普遍特征。通过系统地改变通道高度 h，我们证明了电导率对限域的非单调依赖性，在限域高度为 1.02 nm 时达到最大值 26.7 S/m，是这些离子液体体相值的 30 倍以上。电导率随限域的变化源于狭缝通道中离子层的结构重排。当限域促进离子对和较大团簇的解体，从而增加自由离子的数量时，会出现电导率的增强值。更强的限域（h, 0.68 nm）也会导致空间位阻，使电导率降至体相值以下。此外，引入具有更高介电常数和更低粘度的共溶剂（如乙腈（ACN）），可将电导率放大至约 145 S/m。使用 ACN、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯进行的对比研究强调，大的介电常数和低粘度都关键地控制着限域下的离子传输，这也得到了分子动力学模拟的支持。总体而言，这项工作将受限的 [EMIM]+[TFSI]- 确立为探究纳米和埃尺度离子传输机制的代表系统，展示了如何在分子水平上系统地调节纳米限域和溶剂环境以操纵离子电导率。
引用
@article{arxiv.2605.18531,
title = {Enhanced Ionic Conductivity of confined Ionic-Liquid in Angstrom-scale 2D channels},
author = {Jing Yang and Raj Kumar Gogoi and Chen Ming and Louis A. Maduro and Abdulghani Ismail and Hiran Jyothilal and Kalluvadi Veetil Saurav and Rongrong Qi and Ravalika Sajja and Ashok Keerthi and Robert A. W. Dryfe and Alexei A Kornyshev and Boya Radha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.18531},
year = {2026}
}
备注
12 pages, 5 figures