Imaginez construire une ville avec seulement deux types de bâtiments :des maisons rouges et des bureaux verts. Vous étalez les bâtiments uniformément, alternance de rouge et de vert. Maintenant, imaginez cette même ville avec des quartiers et des quartiers d'affaires. La carte 3-D aurait des zones distinctes de rouge et de vert. Le Dr Xiao-Ying Yu du Pacific Northwest National Laboratory du DOE et ses collègues se sont retrouvés avec une carte similaire lorsqu'ils ont fouillé dans un solvant populaire, connu comme un liquide ionique commutable, ou SWIL. L'équipe a dessiné la première carte chimique d'un SWIL.

"Nous avons vu quelque chose que personne n'avait vu auparavant - une chimie que personne n'avait vue auparavant, " dit Yu, le chimiste du PNNL qui dirigeait l'équipe.

Ces liquides commutables capturent le dioxyde de carbone, servir de modèles pour de minuscules particules de conception et extraire les produits chimiques souhaitables de la biomasse. Les SWIL sont plus faciles à contrôler et produisent moins de déchets que les techniques conventionnelles. Cependant, les scientifiques ne savaient pas exactement ce qui se passait à l'intérieur du liquide. Les recherches de l'équipe offrent une carte détaillée du fonctionnement des SWIL. L'étude donne aux scientifiques des informations pour mieux contrôler les SWIL existants et concevoir de nouveaux, des liquides plus efficaces pour la séparation verte. En outre, Les SWIL peuvent également servir de modèles souples pour créer des structures extrêmement petites.

"Cela nous permet de mieux comprendre ce que font les solvants et comment ils se comportent, " a déclaré le Dr David Heldebrant, un scientifique du PNNL étudiant la chimie du dioxyde de carbone.

Utilisé pour capturer le dioxyde de carbone, synthétiser des nanoparticules et contribuer à transformer la biomasse en biocarburants, Les SWILs sont un solvant populaire. Malheureusement, ces liquides sont difficiles à contrôler et à améliorer. Pourquoi? Le fonctionnement interne des liquides était un mystère. Alors que beaucoup pensaient que les SWIL étaient homogènes lorsqu'ils étaient complètement chargés de dioxyde de carbone, l'équipe n'était pas convaincue. Travailler avec les théoriciens du PNNL, Yu et ses collègues ont examiné des simulations informatiques et des calculs qui ont montré des régions distinctes dans les SWIL, même quand la chimie a dit qu'il devrait être homogène.

L'équipe a adopté une approche à deux volets pour dresser une carte chimique en 3D d'un SWIL. L'une consistait à analyser le liquide à l'aide d'instruments tels qu'un spectromètre de masse à ions secondaires à temps de vol (SIMS) à l'EMSL du DOE, une installation scientifique pour les utilisateurs. "Nous sommes l'un des rares groupes à pouvoir faire des analyses SIMS de liquides et d'interfaces liquides, " a déclaré Yu. "La plupart des endroits doivent sécher l'échantillon ou utiliser d'autres approches en vrac. Nous ne le faisons pas."

Yu, Juan Yao et le Dr Zihua Zhu ont analysé les données du spectromètre de masse avec les informations de leurs collègues de synthèse.

Ils ont également mené une série d'expériences combinant la technologie primée SALVI. SALVE, ou Système d'analyse à l'interface vide liquide, permet aux instruments d'imagerie qui nécessitent de mettre l'échantillon de liquide ionique sensible à l'air sous vide pour étudier les liquides réagissant en temps réel et dans un environnement réaliste. SALVE, assez petit pour tenir dans la paume d'une main, nécessite aussi peu que deux gouttes de liquide. L'équipe a utilisé SALVI avec une ligne de faisceau de photons dynamiques chimiques à la source de lumière avancée du DOE, une autre installation d'utilisateur scientifique. Ils ont trouvé des preuves à l'appui des composants SWIL, complétant les observations du SIMS.

En analysant les résultats des deux approches et de l'étude théorique précédente, l'équipe a créé une carte 3D pour le fluide. "Cette recherche a ouvert les vannes du déluge, " a déclaré le Dr Satish K. Nune, un chimiste du PNNL qui a travaillé sur l'étude. "Cela a donné à beaucoup de gens de nouvelles idées sur la chimie SWIL."

Au PNNL, La recherche SWIL continue de donner de nouvelles perspectives. Yu dirige les travaux sur l'utilisation des SWIL comme système modèle pour l'examen de la structure des solvants via SALVI aux sources lumineuses du DOE. Heldebrant étudie comment manipuler les structures SWIL pour capturer efficacement le dioxyde de carbone. Nune mène des efforts sur l'utilisation des SWIL pour récupérer l'eau de l'air en utilisant moins d'énergie.