离子液体

一、离子液体

离子液体就是在温室（或稍高于温室的温度）下呈液态的离子系统，或者说，离子液体是仅由离子所组成的液体[27]。在组成上，它与我们概念中的“盐”相近，而其熔点通长又低于温室，所以，也有人把离子液体叫做温室离子液体、液态有机盐等[28]。

离子液体与传统的有机溶剂、水、相比具有许多优良的性能[29]：良好的溶解性；2具有较高的离子传导性；3较高的热稳定性；4较宽的液态温度范围；5较高的极性、溶剂化性能；6几乎不挥发、不氧化、不燃烧；7对水、对空气均稳定；8易回收，可循环使用等。（材料）

【离子液体( ion ic liqu ids) , 又称室温离子液体( room or amb ient temperature ionic liquids) 或室温熔融盐, 也称非水离子液体, 有机离子液体等。离子液体是指没有电中心分子且100% 由阴离子和阳离子组成, 室温下为液体的物质。它是由一种含氮或磷杂环的有机阳离子和一种无机阴离子组成的盐, 在室温或室温附近温度下呈液态。本身具有优异的化学和热力学稳定性, 有较宽的温度范围, 对有机及无机化合物有很好的溶解性, 室温下几乎没有蒸汽压, 可用于高真空条件下的反应, 具有良好的导电性, 较高的离子迁移和扩散速度, 不燃烧,无味, 是一种强极性、低配位能力的溶剂。与传统的工业有机溶剂相比, 由于其几乎不可测出的蒸汽压、不挥发、无污染, 故也称之为绿色溶剂。目前, 离子液体已引起了世界各国科学家的广泛重视。】（百度）

二、离子液体的结构

离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的盐离子间的静电引力较弱因而具有较小的晶格能在常温下呈现液态离子液体的种类很多，当前研究的离子液体的正离子有四类：烷基季铵离子、烷基季鏻离子、1,3-二烷取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子[30-31]。（材料）

【当前研究的离子液体的正离子有4类[ 3] : 咪唑离子, 吡啶离子, 烷基季铵离子, 烷基季鏻离子。1, 3二烷基取代的咪唑离子或称从N, N二烷基取代的咪唑离子, 简记为[ R1R3 im ]+, 若2位上还有取代基R2, 则简记为[ R1R2R3 im] + ; N烷基取代的吡啶离子记为[ RPy ]+; 烷基季铵离子,[ NRxH4- x ] + ; 烷基季鏻离子[ PRxH4- x ] + 。

除上述四类常见常用的离子液体外, 还不断有性能、应用、结构特殊或成本较低的离子液体被合成和研究。一些新型阳离子的出现, 如胍类、吗啉、己内酰胺、二吡啶、哌啶、三唑、吡唑、噻42康永离子液体的特性及其应用唑、异喹啉等, 更加丰富了离子液体的种类; 手性离子液体的合成将为离子液体的发展提供新的活力, 也必将在手性合成与分。

离中占有重要的地位。另外还有多聚阳离子的离子液体。】（百度）

三、离子液体的性质

（一）熔点

评价离子液体的一个关键参数就是其熔点, 因此研究离子液体的组成与熔点的关系将非常有意义。在多种离子液体中, 咪唑盐熔点较其它同碳数的铵盐要低。咪唑盐阳离子的大小、对称性及不同碳级数的取代基以及取代基链长的改变都会影响离子液体的熔点。离子液体的熔点与其化学结构间的关系目前还未找到明确的规律, 但已经积累了一些经验[ 1 ] :( 1) 含对称的阳离子如[ mm im] (二甲基咪唑)、[ eeim ] (二乙基咪唑) 的离子液体比不含对称性的阳离子如[ em im] ( 1乙基3甲基咪唑) 的离子液体有相对较高的熔点; ( 2) 负离子为

CF3COO的离子液体有相对较低的熔点; ( 3) 在咪唑环的2位上的C 原子引入甲基如[ emm im ] ( 1乙基2,3二甲基咪唑) , 使熔点升高; ( 4) 负离子体积减小, 熔点上升, 如[ em im ] NO3 熔点311K,[ em im ] NO2 熔点328K, [ em im ] HF2 熔点324K;( 5) 一些离子液体没有结晶温度, 但有玻璃化温度。一般来说, 低熔点离子液体的阳离子具备下述特征: 对称性低、分子间作用力弱、阳离子电荷分布均匀和电荷密度低。

（二）玻璃态转变温度

有许多离子液体特别是咪噢类离子液体并不存在熔点, 只有玻璃态转变温度。当从平衡的液态冷却到低温时, 这类离子液体没有结晶出现, 而是呈介稳的超冷液态, 也称为玻璃态。在DSC 测试过程上, 热流曲线出现S形的变化是离子液体存在玻璃态转变的标志。这一S形的变化是从过冷的液态冷却到玻璃态, 或从玻璃态加热到介稳的过冷液体时, 离子液体热容改变( Cp) 引起的[ 2] 。

（三）粘度

粘度也是离子液体的一个重要性质。离子液体的粘度主要由氢键和范德华引力决定, 氢键的影响非常明显。常温下其粘度较大(是水的几十倍)。其粘度随着温度的升高而降低, 离子液体的粘度比传统溶剂高1~ 3个数量级, 这成为离子液体应用的一个不利因素。因此, 研究影响粘度的因素, 从而最大限度地减小离子液体的粘度, 对研究离子液体实际应用可行性有着重大意义。对所有离子液体来说, 升高温度或加入少量杂质如水、卤素离子可以极大地减小粘度[ 3] 。

（四）电化学性质

离子液体的导电性和稳定电化学窗口是其电化学应用的基础。影响离子液体电导率的主要因素有: 离子液体的分子量、粘度、电荷密度和离子尺寸[ 3] 。一般来说, 组成离子液体的阴阳离子, 其分子量、离子尺寸和粘度越小电荷密度越大, 则离子液体的导电性越好。另外, 在阴离子相同的情况下, 阳离子越趋于平面化, 其离子传导率越高[ 4 ] 。

（五）热稳定性

热稳定性是评价离子液体的性质及其应用价值的一个重要判据和基础。大多数离子液体的热稳定性都较好, 可以作为高温反应的反应介质而取代传统的有机溶剂。在阴离子相同的情况下, 离子液体的热稳定性与阳离子的电荷密度、酸质子有关。

（六）溶解性

与其它溶剂相比, 其内部存在相当大的库仑力, 因此, 离子液体即使在较高的温度和真空度下也会保持相当低的蒸汽压力, 也正是这种库仑力使其具有很强的极性且对多种有机、无机以及聚合材料有特殊的溶解能力。室温离子液体具有极低的蒸气压和极佳的溶解性, 因此可用于萃取和反应介质, 通常的萃取操作采用有机溶剂和水作为两相,而采用室温离子液体替代有机溶剂进行液液萃取得到相当不错的结果。它溶解范围广、溶解能力强, 并且由于其结构不同, 与不同溶剂的相溶性也不同, 具有高溶解性与弱配位性或非配位性, 是许多有机、无机物的优良溶剂, 可溶解许多无机、有机、有机金属、高分子材料, 且溶解度相对较大。离子液体是非质子溶剂, 可以减小溶剂化现象, 而且由于具备较强的离子环境, 可以延长许多物质的寿命。