Hoewel tegengestelde ladingen elkaar altijd aantrekken, ze werken niet altijd zo nauw met elkaar samen. In een nieuwe studie, onderzoekers gebruikten een combinatie van moleculaire simulaties en experimenten om de effecten aan te tonen van het subtiel veranderen van de structuur van positief geladen kationen in verbindingen bestaande uit ionen. Deze veranderingen moedigen de kationen aan om zich in de vaste fase van materie met elkaar af te stemmen. Dit vermindert sommige soorten potentiële interacties tussen kationen en negatief geladen anionen in de vaste fase. Deze uitlijning van kationen verlaagt ook het smeltpunt van de ionische verbinding, vaak aanzienlijk.

Veel chemische processen vereisen vloeistoffen als oplosmiddelen voor chemische reacties, smeermiddelen, warmteoverdrachtsvloeistoffen. De vloeistoffen verdampen daarbij vaak. Hierdoor kunnen gevaarlijke emissies ontstaan. Vloeibare ionische verbindingen (ionische vloeistoffen) bieden een oplossing voor dit probleem omdat ze een zeer lage vluchtigheid hebben, wat betekent dat ze minder snel verdampen. Sommige ionische vloeistoffen zijn stabiel bij hoge temperaturen, maar hun smeltpunten kunnen te hoog zijn voor praktisch gebruik. De resultaten van dit werk bieden wetenschappers een nieuwe reeks hulpmiddelen om ionische verbindingen met lagere smeltpunten te ontwerpen. Deze resultaten zullen wetenschappers in staat stellen om ionische verbindingen te ontwerpen voor gebruik bij een breder scala aan temperaturen en toepassingen.

Ionische vloeistoffen zijn zouten die vloeistoffen zijn bij de temperatuur waarbij ze worden gebruikt. Deze vloeistoffen hebben een verscheidenheid aan potentiële toepassingen in milieuvriendelijke processen. Vooral, thermisch stabiele ionische vloeistoffen zijn veelbelovend als oplosmiddelen voor hoge temperaturen en warmteoverdrachtsvloeistoffen. Echter, deze ionische vloeistoffen kunnen smeltpunten hebben die ver boven kamertemperatuur liggen. Dit beperkt hun verwerkbaarheid bij lagere temperaturen. Dus, inzicht in hoe het smeltpunt van deze verbindingen kan worden verlaagd, zal hun potentiële gebruik uitbreiden en technologieën mogelijk maken die ervan afhankelijk zijn.

Wetenschappers weten dat structurele veranderingen, met name degenen die aanzienlijke asymmetrie verlenen, het smeltpunt van een grote verscheidenheid aan verbindingen verlagen. Deze structurele modificaties zijn niet mogelijk met behoud van thermisch robuuste verbindingen, omdat veel gangbare chemische structuren een lage thermische stabiliteit hebben. Onderzoekers hebben in de huidige studie aangetoond dat subtiele structurele veranderingen die ook het dipoolmoment van het kation vergroten, smeltpunten aanzienlijk kunnen verlagen. Computationele simulatie biedt inzicht op moleculair niveau en toont aan dat de toename van het dipoolmoment ervoor zorgt dat de kationen in de vaste fase met elkaar uitlijnen. Dit frustreert op zijn beurt anion/kation-interacties en verhoogt de vaste-fase-enthalpie (een maat voor warmte of werk in het systeem). Deze toename van de enthalpie in de vaste fase verlaagt de fusie-enthalpie, wat resulteert in lagere smeltpunten. Deze studie biedt een ontwerpregel voor het verlagen van het smeltpunt van structureel vergelijkbare ionische vloeistoffen door hun dipoolmoment te veranderen.