Z鍵

結構：Z鍵用A⁺-X…B^-來表示，由於本徵的靜電作用，使得A和B不一定是電負性強的原子，C、S、Cl、P以及Br和I原子也能形成Z鍵。例如在離子液體中，陽離子是咪唑[C₁C₂mim]⁺，陰離子是Cl^-或者[BF₄]^-，Z鍵表達為C-H…Cl或者C-H…F結構，C原子通過氫與Cl離子相連，Cl離子周圍電子雲密度較大，因而C周圍帶有部分正電荷，C也因此參與了Z鍵的形成，扮演了質子供體的角色。X不僅僅是H，也可以是鹵素原子，例如咪唑離子液體中，而咪唑環上4, 5位的H被Br取代，與溴負離子則形成線性的滷鍵C-Br…Br。其中，A以共價鍵與X相連，具有較高電負性，可以穩定負電荷，是給予體；B一般是含有孤對電子的原子，是接受體。量子化學計算表明，Z鍵A⁺-X…B^-的X…B的鍵長在2.0Å左右，小於傳統氫鍵鍵長，A和B之間的強靜電吸引作用是鍵長變短的主要作用力，而A和X之間的距離增加，説明X向着受體的方向移動。鍵角一般在120–150°之間，較傳統氫鍵進一步彎曲，顯示zig-zag的幾何結構特徵。

鍵能：鍵能一般大於300kJ/mol，有的甚至達到400 kJ/mol，超過傳統氫鍵的10倍，這種大的鍵能主要來源於強的靜電吸引作用。

本質：儘管在結構上與氫鍵近似，但兩端帶電基團的靜電作用誘導了比傳統氫鍵更明顯的電荷轉移和電子密度極化現象，導致了X和B原子之間更明顯的共價鍵特徵；而且強極性鍵(A-H)上的氫核與電負性很大的、含孤電子對並帶有部分負電荷的原子B之間的形成一種靜電作用，因此，Z鍵本質上是靜電和氫鍵的耦合作用。

飽和性和方向性：由於X原子較小而原子A和B比較大，所以A—X中的X原子只能和一個B原子結合形成Z鍵。同時由於離子之間的相互排斥，另一個陰離子原子B難以再接近X原子，因此Z鍵具有飽和性。Z鍵方向性則體現在分子軌道重疊作用，成鍵軌道由陰離子p軌道和陽離子π*和σ*軌道重疊形成，主要由陰離子p軌道的孤對電子佔據，整體呈現σ型軌道特徵，導致在可能範圍內Z鍵的方向和未共用電子對的對稱軸一致，但由於靜電力，使得原子B中負電荷分佈最多的部分最接近X原子時，沒有形成直線結構，形成一定角度的Zig-zag結構，從能量上講，Z鍵最穩定。

離子液體性質。如熔點，常規氫鍵的存在會使得物質熔點提高，而Z鍵相反，它的存在使得離子液體的熔點下降，如咪唑離子液體，當C₂-H被C₂-CH₃取代，Z鍵作用減小，而熔點從-3℃升高到20℃；而對於粘度，有氫鍵的液體，一般粘度較大 ^[4]  。例如甘油、磷酸、濃硫酸等多羥基化合物，由於分子間可形成眾多的氫鍵，這些物質通常為粘稠狀液體，而Z鍵會使得離子液體的粘度降低，因此調控Z鍵可以合成低粘度的離子液體，這對於離子液體的應用有重要的意義。

準液體和界面結構 ^[5]  。準液體是介於液體和固體之間的一種狀態，通常是納米受限空間或者表面納米堆積形成的一種特殊結構。Z鍵作用誘導離子液體在表界面處形成複雜多變的結構。如Au(111)單晶表面單層咪唑離子液體表現為菱形形貌，菱形結構的相鄰兩邊分別為Z鍵作用下形成的“zig-zag”邊和“interlock”邊，對應鋸齒狀和直線型兩種不同的陰陽離子排列構型。兩種構型競爭生長，最終導致菱形結構具有最佳的幾何尺寸 ^[6]  。與表面單層有序離子液體相比，限域空間界面處離子液體在Z鍵作用下可形成多層有序結構。在雲母夾層中，陽離子被雲母表面負電荷固定，陰離子在Z鍵作用下緊鄰陽離子密排，層層組裝後最終形成具有規則幾何形貌的二維層狀晶體。