这篇文档属于类型b，是一篇关于离子液体（ionic liquids）的研究论文，由Manuel Rothe、Eva Müller、Patrick Denk和Werner Kunz共同撰写，发表于2021年7月1日的《Molecules》期刊。论文的主题是基于乙氧基化（ethoxylation）降低熔点的概念，开发新型离子液体，并探讨其应用潜力。以下是该论文的主要内容和要点。
1. 新型离子液体的开发背景与动机
离子液体（ionic liquids, ILs）因其独特的物理化学性质，在化学、材料科学和工程等领域具有广泛的应用潜力。传统的离子液体通常由体积较大的有机阳离子和适当的阴离子组成，尽管它们在某些应用中表现出色，但其合成过程复杂、成本高、毒性大且难以生物降解。此外，传统离子液体的阳离子种类有限，难以与多价金属离子（如过渡金属或稀土金属）结合。为此，作者提出了一种基于乙氧基化降低熔点的概念（Concept of Melting Point Lowering due to Ethoxylation, COMPLET），通过使用简单、低毒、廉价且商业可得的阴离子（如烷基乙二醇醚羧酸盐，alkyl ethylene glycol ether carboxylates）来液化几乎任何简单的金属离子，无论其电荷数如何。
2. COMPLET概念的核心与优势
COMPLET概念的核心是通过增加阴离子的构象熵（conformational entropy）来降低液相的吉布斯自由能（Gibbs energy），从而降低离子液体的熔点。与传统方法通过增加阳离子的体积来降低熔点不同，COMPLET方法具有以下优势：
- 原料易得且成本低：所使用的阴离子（如Akypo™表面活性剂）价格低廉且可大量获得。
- 适用于多种阳离子：包括单价、双价和三价金属离子（如Na⁺、Li⁺、Fe²⁺、La³⁺等）。
- 低毒性和可生物降解性：这些离子液体毒性低，甚至可用于化妆品。
- 表面活性：阴离子具有表面活性，可形成表面活性离子液体（surface-active ionic liquids, SAILs），结合了离子和非离子表面活性剂的特性。
- 低粘度：部分离子液体在室温下具有非常低的粘度。
3. 基于COMPLET的离子液体的合成与应用
作者详细介绍了基于COMPLET的离子液体的合成方法及其在不同领域的应用潜力。
- 合成方法：通过将烷基乙二醇醚羧酸（如C8EO5CH2COO⁻）与金属氢氧化物或碳酸盐混合，在温和加热条件下搅拌数小时即可制备离子液体。
- 应用领域：
- 稀土金属分离：基于COMPLET的离子液体在稀土金属分离中表现出优异的性能，其分配系数（partition coefficients）可通过阳离子的选择进行调节。
- 金属催化：这些离子液体可作为金属催化的介质，其独特的结构为催化反应提供了新的可能性。
- 新材料合成：如金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）的合成。
- 荧光染料：某些离子液体在可见光范围内表现出荧光特性，可用于荧光染料。
4. 表面活性离子液体（SAILs）的特性
作者还探讨了基于COMPLET的表面活性离子液体的特性。这些离子液体在纯态下表现出显著的结构化行为，即使在没有水或其他溶剂的情况下也能形成胶束（micelles）。例如，十二烷基乙二醇醚羧酸盐（dodecyl ethylene glycol ether carboxylates）与胆碱（choline）或三乙醇铵（triethanolammonium）结合形成的离子液体在室温下具有低临界胶束浓度（critical micelle concentration, CMC）和高粘度。此外，这些离子液体的热稳定性良好，分解温度通常在200°C以上。
5. 特殊案例：C8EO8CH2COO⁻的应用
作者还详细研究了一种特殊的表面活性剂——辛基八乙二醇醚羧酸（octyl octaethylene glycol ether carboxylic acid, C8EO8CH2COOH）及其离子液体的性质。这种表面活性剂在纯态下形成球形胶束，其尺寸在较高浓度下逐渐减小。通过添加CaCl₂或NaOH，可以调节其相行为（phase behavior），并抑制胶束的互穿（interdigitation）。这些离子液体在催化反应和纳米颗粒合成中具有潜在应用价值。
6. 论文的意义与价值
基于COMPLET的离子液体为离子液体的设计和应用提供了全新的思路。与传统离子液体相比，它们具有原料易得、成本低、毒性小、可生物降解等显著优势，并且在稀土金属分离、金属催化、新材料合成和荧光染料等领域展现出广阔的应用前景。此外，这些离子液体的表面活性特性为胶束化学和界面科学的研究提供了新的工具。作者认为，这种新型离子液体将在未来的工业过程和产品开发中发挥重要作用，并呼吁更多研究者加入这一领域的研究。
7. 论文的亮点
- 创新性：提出了基于乙氧基化降低熔点的全新概念（COMPLET），突破了传统离子液体的设计局限。
- 多功能性：适用于多种阳离子，包括单价、双价和三价金属离子，扩展了离子液体的应用范围。
- 环保性：低毒性和可生物降解性使其在绿色化学（green chemistry）中具有重要价值。
- 应用潜力：在稀土金属分离、金属催化、新材料合成和荧光染料等领域展现出显著的应用潜力。
这篇论文为离子液体的研究和应用提供了重要的理论依据和实验支持，具有重要的科学价值和实际意义。