Hofmeister effects influence bulk nanostructure in a protic ionic liquid

卤化物 化学 离子液体 氢键 碱金属 无机化学 离子 纳米结构 离子键合 霍夫迈斯特系列 分子 有机化学 纳米技术 材料科学 催化作用
作者
Thomas Bourke,Kasimir P. Gregory,Alister J. Page
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:645: 420-428 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.052
摘要

The origins and behaviour of specific ion effects have been studied in water for more than a century, and more recently in nonaqueous molecular solvents. However, the impacts of specific ion effects on more complex solvents such as nanostructured ionic liquids remains unclear. Here, we hypothesise that the influence of dissolved ions on the hydrogen bonding in the nanostructured ionic liquid propylammonium nitrate (PAN) constitutes a specific ion effect.We performed molecular dynamics simulations of bulk PAN and 1-50 mol% PAN-PAX (X = halide anions F-, Cl-, Br-, I-) and PAN-YNO3 (Y = alkali metal cations, Li+, Na+, K+ and Rb+) solutions to investigate how monovalent salts influence the bulk nanostructure in PAN.The key structural characteristic in PAN is a well-defined hydrogen bond network formed within the polar and non-polar domains in its nanostructure. We show that dissolved alkali metal cations and halide anions have significant and unique influences on the strength of this network. Cations (Li+, Na+, K+ and Rb+) consistently promote hydrogen bonding in the PAN polar domain. Conversely, the influence of halide anions (F-, Cl-, Br-, I-) is ion specific; while F- disrupts PAN hydrogen bonding, I- promotes it. The manipulation of PAN hydrogen bonding therefore constitutes a specific ion effect - i.e. a physicochemical phenomena caused by the presence of dissolved ions, which are dependent on these ions' identity. We analyse these results using a recently proposed predictor of specific ion effects developed for molecular solvents, and show that it is also capable of rationalising specific ion effects in the more complex solvent environment of an ionic liquid.
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