离子液的特点和发展历史

离子液体的特点和发展历史

室温离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质。与固态物质相比较，它是液态的，与传统液态物质相比较，它是离

子的。因而，与其他固体或液体材料相比，离子液体往往展现出独特的物理化

学性质，是一类值得研究发展的新型"软"功能材料或介质。

离子液体的主要特点非挥发性或"零"蒸汽压，这应是离子液体被认为有绿色

性的重要依据；低熔点（可达零下100 摄氏度）；宽液程（可达零上200摄氏度）；强的静电场（这应是区别于分子型介质与材料的重要特征)；宽的电化学

窗口（可达5V-7V)，这意味着在如此宽的电压范围内，离子液体可以不发生电

化学反应，即降解，这是通常的电解液所不具备的特性；良好的离子导电（25 mS/cm）与导热性、高热容及热能储存密度；高热稳定性（分解温度高于400

摄氏度）；选择性溶解力，称为"液体"分子筛；可设计性。这些特点使得离子

液体成为兼有液体与固体功能与特性的"固体"液体。理论上讲，有近亿种可能

的离子液体。离子液体的多样性，加上各种特性的组合，使得构成大量性质与

用途不同的功能材料与介质成为可能。

最早关于离子液体的研究可以追溯到1914年，Sudgen等人报道了第一个

在室温下呈液体的有机盐类硝酸乙基胺。随后，Hurley等人于1948年报道了

氯铝酸盐离子液体系。但是在这之后，有关离子液体的研究并不多见。直到70

年代，Osteryong和Wikes等人重新合成了基于N-烷基吡啶的氯铝酸盐离子液体。烷基吡啶氯铝酸盐离子液体系的发现，为离子液体在电化学、有机合成、

催化等领域的应用初步奠定了基础。80年代初Gale等人发现1,3-二烷基咪唑

盐比N-烷基吡啶盐具有更负的电位并在此基础上合成了1,3-二烷基咪唑盐类离

子液体，大大扩展了离子液体的范围。但是，由于这一类离子液体对水和空气

敏感，大大限制了其应用。到了90年代，一类以1 -3-二烷基咪唑氟硼酸盐或

氟磷酸盐为代表的新型离子液体被人们成功合成，使得离子液体的研究和应用

迅速扩展。催化研究工作者将该类离子液体成功地用作催化剂和催化反应介质，

并开展了大量工作。同时，离子液体的研究成功扩展到分离分析、电化学以及

功能材料等领域。这一阶段成为离子液体发展的黄金时期。

近两年来，功能化和固载化成为离子液体发展的一个重要方向，其目的是最大可能地发挥离子液体的功能。这一阶段比较有代表性的工作是酸功能化离子

液体的设计合成以及离子液体固载化的工作。

离子液体在催化中的应用

室温离子液体目前研究最多的是取代传统的有机溶剂在有机反应中充当反应介质和催化材料，这是离子液体研究的热点。作为反应介质，离子液体同其他

有机溶剂比较具有蒸汽压低、毒性小、热稳定性好、不易燃烧和爆炸、溶解性

能独特、反应产物分离简单等优点。在过渡金属配合物催化的均相反应体系中，使用合适的配合物可以将催化剂和离子液体紧密结合在一起，达到催化剂的液

相固载和回收。由于离子液体的纯离子环境，化学反应进行在离子液体中其机

理和途径可能不同于传统的分子溶剂，这为深层次探讨反应机理、建立新的合

成路线提供了契机。

离子液体还是一种可设计溶剂，在催化反应中，可以根据具体的需求将离子液体设计为酸性的或碱性的、亲水的或亲油的、甚至可以针对某一个具体的化

合物设计为高溶解度的或低溶解度的。这就使离子液体作为催化和有机反应的

介质更普遍、更自由。

离子液体在分离分析中的应用

离子液体独特的溶解能力和合适的液态范围使其在多种液-液萃取中得到了

广泛应用。如利用离子液体从水中萃取苯的衍生物、金属离子，进行核燃料的

萃取等过程。本课题组以离子液体-甲醇为介质成功地实现了牛磺酸和Na2SO4

这两种在实际生产中共生的固体混合物的分离，离子液体可以重复使用而不发

生变质。

在仪器分析领域，早期的氯化铝离子液体曾获得过很多光谱数据。近来，离子液体被广泛用作气相色谱的固定相、毛细管电泳流动相的添加剂和荧光分析等。

离子液体在电化学中的应用

人们很早就注意到离子液体的特殊导电能力和较宽的电化学窗口可能使其应用到电化学领域中更具有优势。由于离子液体还兼有酸碱性可调、无水、无配

位能力等特点，电镀、电沉积和电化学合成成为研究的热点。

目前而言，离子液体中的金属电镀大多进行在氯铝酸离子液体中，这主要是因为氯铝酸离子液体粘度小、溶解扩散能力好。对于那些只有在酸性或碱性条

件下才可进行的金属电镀而言，可调节的酸碱性是至关重要的。氯铝酸离子液

体中已经进行了多种碱金属、碱土金属、过渡金属以及多种金属合金的电镀和

电沉积。与其他熔盐电镀技术相比，离子液体中的电镀因其具有室温操作的优

势而更具有实际应用价值。目前关于离子液体中电镀和电沉积的研究大多集中

在各种金属离子的电化学行为等应用基础理论方面，关于鍍层的性能等方面有

待进一步深人研究。

利用离子液体为介质研究部分化学品的电化学合成一直以来成为科学家追求的目标，但是到目前为止成功的例子还比较少。本课题组成功地实现了离子液

体与电化学催化技术的集成，在水和空气稳定的离子液体中利用电化学方法活

化CO2，得到五元环状碳酸酯。

甲基丙烯酸羟乙基可以与离子液体形成网状高分子电解质且相溶性好、透明，与纯离子液体的电导率相比下降不多。同时，在单体或齐聚物中引入离子液体

的结构(通常为阳离子)可以得到离子导电性高分子，还可以在其中再掺加一些

无机盐进一步提高电导率。包括聚苯胺、聚吡咯以及聚噻吩在内的各种兀键共

轭聚合物被广泛用于电池、电容器、光电电池等各类电化学器件。但是，该类

器件要求电解液具有较高的电导（<10-4 S/cm）、宽电化学窗口（>1V）、高