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绿色低共熔溶剂（绿色 DES）是一类通过氢键供体（HBD）与氢键受体（HBA）非共价相互作用形成的新型环境友好溶剂，其核心特征是混合物熔点远低于各组分单独熔点，且具备低毒性、生物降解性、制备简便等优势，是绿色化学领域的重要创新方向。这类溶剂通过简单混合两种或多种天然或可再生原料（如胆碱盐、尿素、甘油、有机酸等）即可制备，无需复杂合成工艺，且可通过调整组分种类和比例实现理化性质的精准调控，因此被称为 “可设计溶剂”。
一、基础特性与分类
1. 核心定义与形成机制
绿色 DES 的形成源于氢键供体（如羧酸、醇、酰胺等）与氢键受体（如季铵盐、金属盐等）之间的分子间氢键作用，这种相互作用破坏了单一成分的晶体结构，导致混合物熔点大幅降低（通常低于 150℃，部分可在室温下呈液态）。其形成无需化学反应，仅通过加热搅拌、研磨或超声辅助等物理方法即可实现，过程绿色无污染。
2. 主要分类
根据组分来源、功能及化学结构，绿色 DES 主要分为五大类：
天然低共熔溶剂（NADES）：由天然代谢物（如氨基酸、糖类、有机酸）组成，生物相容性极高，广泛应用于生物提取与医药领域；
治疗性低共熔溶剂（THEDES）：含活性药物成分（API），可改善药物溶解性与生物利用度，用于药物递送系统；
聚合低共熔溶剂（PODES）：含可聚合组分（如丙烯酸衍生物），适用于功能材料合成；
疏水型低共熔溶剂（HDES）：难溶于水，主要用于非极性物质提取与水处理；
金属基低共熔溶剂：含金属盐组分，具备催化或电化学活性，应用于冶金与能源领域。
3. 关键理化性质
绿色 DES 的理化性质可通过组分设计灵活调控，核心特性包括：
低挥发性与高 thermal 稳定性：几乎无蒸汽压，减少环境排放；
可调黏度与密度：通过组分比例调整，黏度范围可从几十到数千 mPa・s，密度多介于 1.0-1.6 g/cm³；
良好溶解性：可溶解有机化合物、金属离子、生物大分子等多种物质；
低毒性与生物降解性：多数组分源于天然物质，对生态环境影响小；
电化学特性：部分 DES 具备良好离子导电性，适用于电池与电化学领域。
二、主要制备方法
绿色 DES 的制备遵循绿色化学原则，过程简单高效，主要方法包括：
加热搅拌法：最常用方法，将 HBA 与 HBD 按比例混合，在 40-100℃下搅拌至形成均一液体，操作简便且能耗低；
研磨法：室温下通过 mortar 研磨、球磨等机械方式混合组分，无需加热，节能环保，适用于热不稳定原料；
冷冻干燥法：将组分溶于水后冷冻至 - 80℃以下，再通过冻干去除水分，适用于热敏性 DES 制备；
超声辅助法：利用超声波促进组分混合与氢键形成，缩短制备时间，降低反应温度；
微波辅助法：通过微波快速加热实现组分融合，制备时间可缩短至数十秒，效率高；
双螺杆挤出法：适用于大规模工业生产，通过机械混合实现连续化制备，无溶剂残留。
三、核心应用领域
绿色 DES 作为传统有机溶剂与离子液体的环保替代方案，应用场景已覆盖多个领域：
1. 绿色合成与催化
在有机合成中，绿色 DES 可同时作为溶剂与催化剂，促进 Heck 偶联、Diels-Alder 等反应，提高反应选择性与产率，且可循环使用。例如，胆碱 chloride - 尿素 DES 体系可高效催化酯交换反应制备生物柴油，转化率达 95% 以上，且无废水排放。在多相催化中，DES 可稳定催化剂活性位点，提升催化效率与循环稳定性。
2. 提取与分离技术
生物活性成分提取：NADES 可高效提取植物中的黄酮类、酚类等活性物质，提取率显著高于传统溶剂，且能保护活性成分不被破坏；
污染物去除：HDES 可选择性提取水中的染料、农药、重金属离子等污染物，例如薄荷醇 - 脂肪酸 DES 对刚果红的去除率达 90% 以上；
金属分离与回收：用于电子废弃物中锂、钴、镍等贵金属的浸出与分离，相比传统酸浸法，腐蚀性低、环境友好。
3. 能源与材料领域
电池技术：作为电解液用于锂离子电池、锌空气电池等，具备高离子导电性与安全性，可替代易燃有机电解液，提升电池热稳定性；
纳米材料合成：作为溶剂与模板剂制备金属纳米颗粒、石墨烯等材料，可调控材料尺寸与形貌，且制备过程绿色无污染；
气体捕获：部分 DES 对 CO₂、SO₂等气体具有高吸附容量，可用于工业尾气处理，例如胆碱 chloride - 乙二醇 DES 的 CO₂吸附量可达 0.5 mol/mol 以上。
4. 医药与生物领域
药物递送：THEDES 可改善难溶性药物的溶解性与透皮吸收效率，例如将布洛芬与尿素形成 DES 后，生物利用度提升 30% 以上；
生物催化：作为酶催化反应介质，可维持酶的活性与稳定性，例如脂肪酶在 DES 体系中催化酯合成反应的循环使用次数可达 10 次以上；
基因组学应用：用于核酸、蛋白质等生物大分子的提取与纯化，相比传统酚 - 氯仿法，操作更安全，产物纯度更高。
5. 其他应用
在聚合物合成中，DES 可作为聚合反应介质与塑化剂，改善聚合物性能；在冶金领域，用于金属电沉积与电解抛光，替代传统有毒电解液；在农业领域，可作为农药增溶载体，提高农药利用率，减少环境残留。
四、优势与挑战
1. 核心优势
环境友好：组分多源于可再生资源，生物降解性好，无挥发性有机化合物排放；
成本低廉：原料易得，制备过程无需复杂设备，规模化生产成本仅为离子液体的 1/5-1/10；
性能可调：通过组分设计可实现黏度、极性、酸度等性质的精准调控，适配不同应用场景；
安全性高：低毒性、不易燃、无爆炸风险，操作与储存安全。
2. 现存挑战
高黏度问题：部分 DES 黏度较高，影响传质效率，需通过加水或共溶剂调节；
回收利用：工业规模下的高效回收与循环使用技术仍需优化；
长期稳定性：部分 DES 对水分敏感，需改进储存与使用条件；
标准缺失：缺乏统一的理化性质测试方法与安全评估标准。