Forscher der Universität Lüttich haben zum ersten Mal den Säuregehalt ionischer Flüssigkeiten mithilfe der Raman-Spektroskopie bestimmt, und zwar mithilfe der Hammett-Säurefunktionen. Dieser Fortschritt dürfte unser Verständnis und unsere Nutzung dieser organischen Lösungsmittel revolutionieren, in denen gelöste Säuren deutlich saurer sein können als in Wasser, mit einem Säuregehalt, der bis zu 100 Millionen Mal höher sein kann.
Ionische Flüssigkeiten, die aus organischen Salzen bestehen und bei Raumtemperatur flüssig sind, weisen eine geringere Protonensolvatation auf, was diese Protonen aktiver und damit saurer macht. In diesen Lösungsmitteln ist eine herkömmliche pH-Messung nicht möglich, daher werden Hammett-Säurefunktionen verwendet, die auf der Protonierung schwacher Basen in sauren Lösungen basieren.
Allerdings weist die herkömmliche Methode der UV-VIS-Spektroskopie auch ihre Grenzen auf. Hierzu zählen insbesondere die Notwendigkeit optisch transparenter Medien und die Verwendung farbiger Indikatoren, die mit ionischen Flüssigkeiten interagieren und so die Messungen verfälschen können.
Ein neuer Artikel veröffentlicht In Physikalische Chemie Chemische Physik stellt eine innovative Methode mittels Raman-Spektroskopie zur Messung von Hammett-Aciditätsfunktionen in drei aprotischen ionischen Flüssigkeiten auf Basis des Kations 1-n-Alkyl-3-Methylimidazolium vor, das an das Anion Bistriflimid gekoppelt ist.
„Im Gegensatz zur UV-sichtbaren Spektroskopie erfordert die Raman-Spektroskopie keine vollkommen transparenten Medien oder farbigen Indikatoren, wodurch potenzielle Fehlerquellen eliminiert werden“, erklärt Aurélie Rensonnet, Forscherin an der Universität Lüttich.
„Die von uns mittels Raman-Spektroskopie erzielten Messungen bestätigten die Möglichkeit, die Säurefunktionen in den untersuchten ionischen Flüssigkeiten zu bestimmen. Diese Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis säureempfindlicher chemischer Reaktionen in diesen komplexen Medien und eröffnen neue Perspektiven für die In-situ-Charakterisierung pH-empfindlicher chemischer Prozesse.“
Diese bahnbrechende Studie ermöglicht es, die Energie, die zum Übertragen von Protonen von Wasser auf ionische Flüssigkeiten erforderlich ist, experimentell abzuschätzen. Diese Ergebnisse können mit Entwicklungen anderer Forschungsteams in der Computerchemie verglichen werden und stellen ein wertvolles Werkzeug für die Modellierung dieser komplexen Medien dar.
„Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig“, erklärt Cédric Malherbe, Forscher an der Universität Lüttich und Co-Autor der Veröffentlichung. „Das Verständnis der Superazidität ionischer Flüssigkeiten ist von entscheidender Bedeutung für ihren Einsatz in säurekatalysierten Prozessen, als stabile Elektrolyte in Batterien oder für die Depolymerisierung von Lignozelluloseabfällen aus Biomasse im Hinblick auf deren Rückgewinnung.“
Diese Studie ebnet den Weg für neue Methoden zur Messung des Säuregehalts in ionischen Flüssigkeiten und stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der ionischen Lösungsmittelchemie dar. Die Forschungsaussichten und vielversprechenden industriellen Anwendungen unterstreichen die Bedeutung dieser Innovation für die kommenden Jahre.
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Aurelie Rensonnet et al, Experimentelle Bestimmung der Solvatations-Freienergie von Protonen in nicht-protischen ionischen Flüssigkeiten mittels Raman-Spektroskopie, Physikalische Chemie Chemische Physik (2024). DOI: 10.1039/D3CP04741E