We have demonstrated the intermolecular interactions between ImiZILs and LiTFSIs in order to investigate the unique thermal transition of their mixtures and the mechanism of lithium ion conduction. The hydrogen bonding interactions between imidazolium ring of ImiZIL and TFSI anion of LiTFSI as well as the electrostatic interactions between sulfonate groups of ImiZIL and lithium ions of LiTFSI were analyzed by theoretical and experimental methods by using density functional theory (DFT), two-dimensional infrared correlation spectroscopy (2D IR COS), differential scanning calorimetry (DSC), temperature gravimetry analysis (TGA), and $^{13}C$ nuclear magnetic resonance (NMR).
Simulative and experimental investigations delineated herein open new insights into a deep understanding of fundamental transporting phenomenon related to intermolecular interactions as well as the development of highly sensitive and complex IL-based systems such as electrolytes, catalytic reactions, molecular separation, surface functionalization of nanoparticle, or sensing devices.
본 연구에서는 양방성 이온성 액체 내에서의 리튬 이온 전도 매커니즘을 해석하기 위해 양방성 이온성 액체와 리튬 염의 혼합물에서의 독특한 상 변이 현상과 리튬 이온의 전도 현상을 이미다졸륨 타입 양방성 이온성 액체와 리튬 비스트리플루오로술폰이미드를 이용하여 이들 간의 상호 작용을 분석하였다. 2차원 적외선 상관관계 분석법 (2D IR COS), 자기 분광 분석법 (NMR), 임피던스 (Impedance) 분석법, 시차주사 열량계 분석 (DSC), 열 중량 분석 방법 (TGA), 밀도 범함수 이론 (DFT) 등의 분석을 통해 양방성 이온성 액체와 목적 이온인 리튬 이온 간의 상호작용, 즉, 이미다졸륨 타입 양방성 이온성 액체의 이미다졸륨 고리와 리튬 염의 트리플루오로술폰이미드 음이온간의 수소결합과 양방성 이온성 액체의 술폰산 기와 리튬 염의 리튬 이온간의 정전기적 인력 에 대해 해석 해 보았다.
양방성 이온성 액체와 목적 이온 간의 상호 작용에 대한 이론적, 실험적 해석을 통해 분자 간 상호작용에 의한 기본적인 이온 전도 매커니즘의 해석법을 제시할 뿐만 아니라, 이온성 액체를 기반으로 한 전해질이나 분리 막, 센서, 나노 입자의 표면 기능기 도입과 같은 여러 응용 시스템에서 최적의 성능을 얻기 위한 방안을 모색하는 데 기초가 될 것이다.
