离子液体及其各种类似物无疑是过去几十年的科学轰动，为更可持续的社会铺平了道路。它们的多功能特性，源于几乎不可思议的大量可能的阳离子和阴离子组合，允许调整结构以达到预期的目的。因此，离子液体提供了无数有用的应用，从溶剂到催化剂，再到润滑剂、气体吸收剂和共沸破坏剂。本综述的目的是探索这些应用中更意想不到的应用，特别是在能源领域。它引导读者了解离子液体及其类似物的应用，如 i） 用于热能存储的相变材料，ii） 有机离子塑料晶体，已被研究为电池电解质和气体分离，iii） 用于可持续氨生成的氮还原反应中的关键成分，iv） 作为铝离子电池中的电解质， v）其他新兴技术。得出的结论是，在人工智能的协助下，根据当前全球优先事项，在可持续性要求下，进一步优化和调整离子液体的任务有巨大的空间。

i） 用于热能存储的相变材料

在设计未来用于大规模应用的离子相变材料时，需要仔细评估的1个因素是可持续性。可持续材料应消除资源稀缺性，并很好地融入循环经济的价值链。此外，它们的制造过程应以最少的能源、水、有毒元素投入进行，并且它们应该在第1个使用寿命结束时可重复使用/可回收，同时在最终处置时对环境的影响最小。需要详细制定生命周期评估，以提供材料在其整个生命周期内对环境的总体影响。然而，它往往超出了涵盖新型相变材料设计及其物理化学特性的报告范围。在这方面，对绿色化学指标的简单评估表明产品及其化学过程的可持续性，并确定碳足迹将对新材料的潜力或进一步评估中应解决的因素产生重要见解。同时考虑新型盐的毒性和生物降解性将提供对潜在环境和健康风险的理解，强调规划此类跨学科研究的重要性。

ii） 有机离子塑料晶体(OIPC)，已被研究为电池电解质和气体分离

基于OIPC的轻质气体分离膜的研究非常有前途，但仍处于早期阶段，迄今为止探索的材料范围相对较小。OIPC和聚合物类型、合成方法以及温度/相的惊人影响的实质性但尚未完全了解，这表明开发有效的、商业相关的膜的研究范围仍有待探索。此外，实验研究集中在CO2/N2配对。OIPC的初步MD模拟显示出CO的气体吸收趋势CO2 > CH4 > O2 > N2，因此，使用这种和其他OIPC来分离不同的气体混合物非常值得研究。

iii） 用于可持续氨生成的氮还原反应中的关键成分

近年来，人们对液氨作为相对标准内燃机燃料的兴趣激增，主要是作为重型运输和航运中柴油的替代品。当然，氨燃烧的唯一可持续产物是N2和H2O，没有NOx排放，只要是这样，绿色氨就可以成为可持续能源/化学品/肥料经济的1个核心部分。过去十年，人们对绿色氨的研究更加深入，离子液体在其中发挥了重要作用，它不仅是具有极高氮溶解度的电解质和溶剂，也是该机制中的质子载体。

iv） 作为铝离子电池中的电解质

ILA电解质在铝电池中的使用还处于起步阶段。到目前为止，ILA中配体的选择仅基于含羰基的酰胺化合物。N-甲基尿素和N-乙基尿素产生的离子电导率（分别为1.2和1.4 mS cm-1）高于尿素-AlCl3配合物，因此具有更好的循环性能，提高了过电位和库伦效率。在其他潜在配体中，例如，含磷酰基的三辛基氧化膦已被证明可以形成ILA化合物；然而，其电化学性质还有待研究。Al-ILA还可以受益于锂电池研究中建立的供体分子库。使用基于现有酰胺型供体分子收集的信息的机器学习方法可能进一步指导下一代ILA的开发。

存在问题和挑战：

1、需要广泛考虑可持续性，以进一步发展和整合到离子液体的离子选择中。例如，各种电化学应用需要关注非PFAS阴离子，转向类似物如FSI而不是TFSI，或甲磺酸盐而不是三氟甲磺酸酯。同样，可用阳离子的工具箱需要考虑当今常见实例的合成途径，如咪唑鎓阳离子，并设计出更多可持续的替代品，这些替代品可以从可再生原料中生产。

2、“行业拉动”指向降低成本。 ILA在这方面提供了许多可能性，其中一些选项已经或将来可能具有可持续的来源。例如，尿素虽然目前是一种化石燃料产品，但将来很可能由可再生能源生产，氨气由绿色H2或直接电解生产。C组分可以来自生物质或最终来自直接空气捕获二氧化碳。作为开发新型IL和ILA系统理论基础的一部分，对这些来源和潜在的未来来源进行评估，将确保该领域在可持续性浪潮中保持领先地位。

3、不幸的是，许多对本文讨论的应用最有利的阳离子和阴离子结构需要从不可再生原料中进行能源密集型合成，并且它们通常是疏水的，并含有含F官能团，这会显著阻碍生物降解并增加毒性。虽然规模经济可能会降低最受欢迎的离子液体的成本，但这些有毒物质在环境中的残留环境成本会增加。

4、设计回收或重新利用是改善材料整体寿命可持续性的理想策略。全生命周期分析应包括这些方面，并可能在分析中确定可能的回收过程。尽量减少合成路线的环境足迹，研究回收、再利用或再循环策略，并正确理解离子液体在环境中的命运以及如何通过调整离子结构来减轻这一命运。

5、离子液体在其任务中有巨大的优化和调整空间。机器学习，可能基于人工智能方法，介于DFT和分子动力学模拟等自动化计算包与真实化合物的实验数据之间，可帮助快速缩小有希望的合成目标。

6、离子液体在能源技术中的应用将继续扩大，并随着它们所针对的复杂任务而发展。在不断发展的结构设计方法的帮助下，定制特定任务性质的能力可能会在我们的离子液体历史中引入更多新的和意想不到的内容。

文章信息：

1、Karolina Matuszek, Samantha L. Piper, Alina Brzęczek-Szafran, Binayak Roy, Saliha Saher, Jennifer M. Pringle, Douglas R. MacFarlane. Unexpected Energy Applications of Ionic Liquids[J]. Advanced Materials, First published: 27 February 2024. https://doi.org/10.1002/adma.202313023.

2、作者团队来自澳大利亚维多利亚州克莱顿莫纳什大学化学学院、澳大利亚维多利亚州伯伍德伯伍德校区迪肯大学前沿材料研究所和波兰西里西亚理工大学化学系。