Immagina di costruire una città con solo due tipi di edifici:case rosse e uffici verdi. Hai distribuito gli edifici in modo uniforme, rosso e verde alternati. Ora, immagina quella stessa città con quartieri e quartieri degli affari. La mappa 3D avrebbe aree distinte di rosso e verde. La dottoressa Xiao-Ying Yu del DOE's Pacific Northwest National Laboratory e i suoi colleghi sono finiti con una mappa simile quando hanno scavato in un popolare solvente, noto come liquido ionico commutabile, o SWI. Il team ha disegnato la prima mappa chimica di un SWIL.

"Abbiamo visto qualcosa che nessuno aveva visto prima, una chimica che nessuno aveva visto prima, " ha detto Yu, il chimico del PNNL che guidava la squadra.

Questi liquidi commutabili catturano l'anidride carbonica, servono come modelli per minuscole particelle di design ed estraggono sostanze chimiche desiderabili dalla biomassa. Gli SWIL sono più facili da controllare e producono meno rifiuti rispetto alle tecniche convenzionali. Però, gli scienziati non sapevano esattamente cosa fosse successo all'interno del liquido. La ricerca del team offre una mappa dettagliata di come funzionano gli SWIL. Lo studio fornisce agli scienziati approfondimenti per controllare meglio gli SWIL esistenti e per progettare nuovi, liquidi più efficaci per la separazione verde. Inoltre, Gli SWIL possono anche fungere da modelli soft per la creazione di strutture estremamente piccole.

"Ci dà una comprensione più profonda di cosa stanno facendo i solventi e di come si comportano, " ha detto il dottor David Heldebrant, uno scienziato del PNNL che studia la chimica dell'anidride carbonica.

Utilizzato per catturare l'anidride carbonica, sintetizzare nanoparticelle e contribuire a trasformare la biomassa in biocarburanti, Gli SWIL sono un popolare solvente. Purtroppo, questi liquidi sono difficili da controllare e migliorare. Come mai? Il funzionamento interno dei liquidi era un mistero. Mentre molti pensavano che gli SWIL fossero omogenei quando erano completamente carichi di anidride carbonica, la squadra non era convinta. Lavorando con teorici al PNNL, Yu e i suoi colleghi hanno esaminato simulazioni e calcoli computazionali che mostravano regioni distinte negli SWIL, anche quando la chimica diceva che doveva essere omogeneo.

Il team ha adottato un duplice approccio per elaborare una mappa chimica 3-D di uno SWIL. Uno riguardava l'analisi del liquido utilizzando strumenti come uno spettrometro di massa di ioni secondari a tempo di volo (SIMS) presso l'EMSL del DOE, una struttura per utenti scientifici. "Siamo uno dei pochi gruppi in grado di eseguire analisi SIMS di liquidi e interfacce liquide, " ha detto Yu. "La maggior parte dei posti deve asciugare il campione o utilizzare altri approcci alla rinfusa. Noi no."

Yu insieme a Juan Yao e al dottor Zihua Zhu hanno analizzato i dati dello spettrometro di massa con le intuizioni dei loro colleghi di sintesi.

Hanno anche condotto una serie di esperimenti che combinavano la pluripremiata tecnologia SALVI. SALVI, o sistema per analisi all'interfaccia del vuoto liquido, consente agli strumenti di imaging che richiedono di mettere il campione di liquido ionico sensibile all'aria sotto vuoto per studiare i liquidi che reagiscono in tempo reale e in un ambiente realistico. SALVI, abbastanza piccolo da stare nel palmo di una mano, richiede solo due gocce di liquido. Il team ha utilizzato SALVI con una linea di luce di fotoni dinamici chimici presso l'Advanced Light Source del DOE, un'altra struttura utente scientifica. Hanno trovato prove a sostegno dei componenti SWIL, integrando le osservazioni SIMS.

Nell'analizzare i risultati dei due approcci e del precedente studio teorico, il team ha creato una mappa 3D per il fluido. "Questa ricerca ha aperto le porte alle inondazioni, " ha detto il dottor Satish K. Nune, un chimico del PNNL che ha lavorato allo studio. "Ha dato a molte persone nuove idee sulla chimica SWIL."

Al PNNL, La ricerca SWIL continua a fornire nuove intuizioni. Yu sta conducendo il lavoro sull'utilizzo di SWIL come sistema modello per l'esame della struttura del solvente tramite SALVI alle sorgenti luminose DOE. Heldebrant sta studiando come manipolare le strutture SWIL per catturare in modo efficiente l'anidride carbonica. Nune sta guidando gli sforzi sull'utilizzo di SWIL per raccogliere l'acqua dall'aria utilizzando meno energia.