水合胆碱氯化物低共熔溶剂的热物理指纹解析：生物基与合成氢键供体的结构-性能关系

【编辑推荐】本研究系统揭示了水含量（2、10、22 wt%）对胆碱氯化物（ChCl）与四种氢键供体（HBDs：柠檬酸、苹果酸、果糖、乙二醇）形成的低共熔溶剂（DESs）热物理性质的影响机制。通过密度、粘度、电导率等参数测定，发现生物基HBDs（如柠檬酸）在含水条件下仍保持高结构凝聚力，而合成HBDs（如乙二醇）则呈现可调控行为，为DESs在能源、电化学等领域的应用提供了关键设计依据。

　　

亮点

本研究通过整合实验测量与热力学模型，揭示了水合低共熔溶剂（DESs）的分子动力学与结构-性能关系。重点对比了合成与生物基氢键供体（HBDs）在可控水合条件下的行为差异，为溶剂工程提供了新见解。

热力学分析与分子动力学

DESs-水体系的粘度在2、10和22 wt%三个水合水平下被测定。2 wt%代表DESs结构保持完整的低水合状态；10 wt%对应氢键网络开始解离的过渡区；22 wt%则接近DESs行为消失的临界点（~30 wt%）。通过Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）模型分析，发现生物基HBDs（如柠檬酸）表现出更高的活化能和协同动力学，而乙二醇体系则更易受水合作用调控。

结论

本研究系统阐明了水含量对胆碱氯化物（ChCl）基DESs热物理行为的调控规律：

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  柠檬酸DESs在水合条件下仍保持高结构凝聚力，适合需要稳定性的应用场景；

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  乙二醇DESs展现出可预测的梯度响应特性，是工程化流体系统的理想候选；

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  电导率随水含量呈非线性增长，揭示了从"脆性"到"强性"液体的转变机制。

作者贡献声明

Rafael Alcalde：实验设计、数据分析与论文撰写；Sergio de-la-Huerta-Sainz：概念构建与热力学建模；Valentin Diez-Cabanes：分子动力学解析；团队协作完成了这项多学科交叉研究。

利益冲突声明

作者声明无任何可能影响本研究结果的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究受欧盟地平线2020计划（WORLD项目）和西班牙国家研究署（NADESforPFAS项目）资助。