Influence of Hydrogen Bond Donor Identity and Intentional Water Addition on the Properties of Gelatin-Supported Deep Eutectic Solvent Gels

明胶 乙二醇 深共晶溶剂 氯化胆碱 化学工程 氢键 离子液体 溶剂 化学 共晶体系 材料科学 高分子化学 有机化学 分子 合金 工程类 催化作用
作者
Rachel E. Owyeung,Sameer Sonkusale,Matthew J. Panzer
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:124 (28): 5986-5992 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.0c03361
摘要

Deep eutectic solvent (DES) gel electrolytes have recently emerged as promising alternatives to ionic liquid- or water-based gels for "ionic skin" sensor applications. Researchers have also been exploring the effects that varying amounts of water may have on the local hydrogen bonding environment within a few model DES systems. In this study, the physical properties and ionic conductivities of biopolymer (gelatin)-supported gels featuring two established DESs and three DES/water mixture formulations are investigated and compared. The DES/water mixtures are formed by combining choline chloride with one of three organic hydrogen bond donors (HBDs), ethylene glycol, glycerol, or 1,2-propanediol, in a 1:2 molar ratio, together with a controlled amount of water, 25 mol % (approximately 5-6 wt % water). For the same fixed gelatin content (20 wt %), DES/water mixture gel Young's modulus values are found to be tunable based on the organic HBD identity, increasing 6-fold from 7 (1,2-propanediol) to 42 (glycerol) kPa. Furthermore, large differences are observed in the resulting gel properties when water has been intentionally added to well-studied DESs. Coformulation with water is found to increase ethylene glycol-based DES gel toughness, measured via tensile testing, from 23 to 68 kJ/m3 while simultaneously boosting gel room temperature ionic conductivity from 3.3 to 5.2 mS/cm. These results highlight the multiple roles that controlled amounts of water in DES can play within gelatin-supported DES/mixture gel electrolytes, such as influencing gelatin self-assembly and reducing local viscosity to promote facile ion transport.
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