Liquides ioniques

Les liquides ioniques sont des sels organiques avec des points de fusion particulièrement bas, qui se présentent généralement sous forme liquide dès 25°C et constituent une classe fascinante et polyvalente de matériaux modernes et performants. Ils combinent les caractéristiques avantageuses des liquides moléculaires et des sels fondus conventionnels en une combinaison de propriétés que l'on ne trouve que dans cette classe de substances. Il s'agit notamment d'une pression de vapeur négligeable associée à une ininflammabilité, d'une conductivité électrique intrinsèque et d'une stabilité thermique, chimique et électrochimique élevée, ce qui en fait des liquides sûrs et performants. En outre, les liquides ioniques offrent une possibilité très marquée d'ajuster et de personnaliser leurs propriétés pour une application concrète au moyen de leur structure moléculaire. Grâce à leurs propriétés avantageuses, les liquides ioniques ont trouvé de nombreuses applications potentielles et de nombreuses applications réellement mises en œuvre, allant des applications de niche aux grands processus industriels.

 

 

Recherche

Notre recherche fondamentale appliquée comprend deux approches différentes pour concevoir, synthétiser et optimiser les liquides ioniques pour des applications spécifiques - l'étude des relations de structure et de propriété et les approches de rétro-ingénierie, ces dernières étant souvent utilisées dans le cadre de collaborations scientifiques.

Pour la première approche, nous synthétisons de nouveaux liquides ioniques avec différents cations, anions et groupes fonctionnels et mesurons leurs propriétés macroscopiques en corrélation avec leur structure chimique microscopique. Nous nous concentrons notamment sur la maximisation de la conductivité des liquides ioniques, car celle-ci est essentielle pour la conception de composants électrochimiques efficaces et sûrs. Il s'agit par exemple des supercondensateurs ou des batteries rechargeables, qui sont particulièrement importants pour la transition énergétique vers les énergies renouvelables (la "transition énergétique"). Les relations fondamentales entre la structure et les propriétés des liquides ioniques sont toujours essentielles pour comprendre les corrélations entre les propriétés des liquides ioniques. Ceci est d'autant plus important qu'il y a beaucoup plus de liquides ioniques que de liquides moléculaires conventionnels et que ceux-ci disposent en outre d'un spectre de propriétés plus varié. En outre, il existe encore de nombreuses questions non résolues dans le domaine des liquides ioniques, par exemple sur leur structure liquide, les relations entre les différentes tailles de transport et les interactions avec d'autres matériaux, comme les surfaces et les polymères, auxquelles nous voulons contribuer par nos recherches.

Dans le cadre de l'approche de la conception inversée, nous utilisons nos connaissances acquises sur la synthèse et les relations entre la structure chimique et les propriétés pour fournir à nos partenaires de coopération des échantillons adaptés à leur domaine de recherche. Les applications et les recherches auxquelles nous contribuons sont très variées et vont de la physique à la chimie des matériaux et aux technologies durables. En outre, nous essayons d'aider nos partenaires de coopération en synthétisant des liquides ioniques pour répondre à des questions scientifiques spécifiques. C'est pourquoi nous avons acquis une grande expérience dans la production de liquides ioniques avec des modèles de deutération ciblés, qui peuvent être utilisés par exemple dans la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et pour des expériences de diffusion de neutrons.

Nous avons une coopération étroite et fructueuse avec des groupes de recherche qui s'occupent entre autres des domaines de recherche suivants :

  • Technologies des batteries
  • supercondensateurs
  • Piles à flux redox
  • Piles à combustible
  • Tribologie
  • Exploitation de matières premières renouvelables (comme la cellulose et la lignine)
  • Différents types de spectroscopie
  • Diffusion de neutrons
  • Matériaux polymères
 

Dr. Daniel Rauber

Geb. B2 2 Raum 0.25

Tel: +49 681 302 64253

daniel.rauber(at)uni-saarland.de

ORCID

 

► Curriculum vitae

2009 - 2014 : Études supérieures à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et à l'Université Johannes Gutenberg de Mayence


2014 - 2019 : études de doctorat dans le groupe du Prof. Dr. Hempelmann à l'Université de la Sarre. Travail sur des projets tiers de la Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) et de l'Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) portant sur l'utilisation des liquides ioniques dans les technologies durables


Depuis 2019 : PostDoc à l'Université de la Sarre dans le groupe du Prof. Dr. Kay

Publications récentes

A. Hofmann, D. Rauber, T.-M. Wang, R. Hempelmann, C.W.M. Kay, T. Hanemann; Novel Phosphonium-Based Ionic Liquid Electrolytes for Battery Applications; Molecules,2022, 27, 4729. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27154729.

S. Koutsoukos, F. Philippi, D. Rauber, D. Pugh, C.W.M. Kay, T. Welton; Effect of the cation structure on the properties of homobaric imidazolium ionic liquids; Phys. Chem. Chem. Phys., 2022,24, 6453-6468. (2022 PCCP HOT Articles) DOI: https://doi.org/10.1039/D1CP05169E

F. Philippi, D. Rauber, O. Palumbo, K. Goloviznina, J. McDaniel, D. Pugh, S. Suarez, C.C. Fraenza, A. Padua, C.W.M. Kay, T. Welton;Flexibility is the key to tuning the transport properties of fluorinated imide-based ionic liquid; Chem. Sci., 2022, 13, 9176-9190. (Pick of the Week Collection, HOT Article Collection) DOI: https://doi.org/10.1039/D2SC03074H

F. Philippi, D. Rauber, K.L. Eliasen, N. Bouscharain, K. Niss, C.W.M. Kay, T. Welton; Pressing matter: why are ionic liquids so viscous?; Chem. Sci., 2022, 13, 2735-2743. DOI:https://doi.org/10.1039/D1SC06857A

D. Rauber, F. Philippi, B. Kuttich, J. Becker, T. Kraus, P. Hunt, T. Welton, R. Hempelmann, C.W.M. Kay; Curled cation structures accelerate the dynamics of ionic liquids; Phys. Chem. Chem. Phys., 2021, 23, 21042-21064. DOI: https://doi.org/10.1039/D1CP02889H.

D. Rauber, A. Hofmann, F. Philippi, C.W.M. Kay, T. Zinkevich, T. Hanemann, R. Hempelmann; Structure-Property Relation of Trimethyl Ammonium Ionic Liquids for Battery Applications. Appl. Sci., 2021, 11, 5679.  https://doi.org/10.3390/app11125679

K.L. Eliasen, H.W. Hansen, F. Lundin, D. Rauber, R. Hempelmann, T. Christensen, T. Hecksher, A. Matic, B. Frick, K. Niss; High-frequency dynamics and test of the shoving model for the glass-forming ionic liquid Pyr14-TFSI, Phys. Rev. Materials 5, 2021, 065606.  DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.065606 

F. Lundin, H.W. Hansen, K. Adrjanowicz, B. Frick, D. Rauber, R. Hempelmann, O. Shebanova, K. Niss, and A. Matic; Pressure and Temperature Dependence of Local Structure and Dynamics in an Ionic Liquid; J. Phys. Chem. B 2021 125 (10), 2719-2728. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c00147

F. Philippi, D. Rauber, B. Kuttich, T. Kraus, C.W.M. Kay, R. Hempelmann, P. A. Hunt, T. Welton; Ether functionalisation, ion conformation and the optimisation of macroscopic properties in ionic liquids; Phys. Chem. Chem. Phys., 2020, 22, 23038-23056. DOI:  https://doi.org/10.1039/D0CP03751F 

F. Philippi, D. Pugh, D. Rauber, T. Welton, P.A. Hunt; Conformational design concepts for anions in ionic liquids; Chem. Sci.2020, 11, 6405-6422.  DOI: https://doi.org/10.1039/D0SC01379J