室温离子液体及其理化性质研究_郑学明
离子液体的物理化学性质研究与应用
离子液体的物理化学性质研究与应用近年来，离子液体作为一种新型的溶剂体系，在物理化学领域引起了广泛的关注。
它具有较低的熔点、高的热稳定性以及优良的溶解性，被认为是一种具有巨大潜力的溶剂系统。
本文将从离子液体的基本结构、物理化学性质的研究以及其在工业和科学研究领域中的应用方面进行探讨。
一、离子液体的基本结构离子液体由离子构成，其基本结构包括阳离子与阴离子。
常见的阳离子包括烷基、芳香族、杂环族离子等，而阴离子则可以是有机或无机阳离子。
离子液体的结构对其物理化学性质产生了重要影响。
例如，离子液体的离子对称性、离子键长度和键角等因素都与其熔点、热稳定性和电导率等性质密切相关。
二、离子液体的物理化学性质研究离子液体的物理化学性质研究主要涵盖其熔点、密度、黏度、热稳定性、导电性以及溶解性等方面。
1. 熔点与黏度由于离子液体具有较低的对称性和较大的离子间作用力，因此其熔点通常较高。
另外，离子液体的黏度也较高，这阻碍了其在实际应用中的使用。
为了降低熔点和提高流动性，研究学者通过对离子液体进行官能化改性，调整其分子结构以改变其物理化学性质。
2. 密度与溶解性离子液体的密度通常比传统溶剂低，这增加了其在分离过程中的应用潜力。
另外，离子液体具有很强的溶解性，能够溶解多种有机物和无机物，包括金属离子、气体和多种溶质。
这使得离子液体成为一种重要的反应介质和功能材料。
3. 热稳定性与导电性离子液体具有较高的热稳定性，可以在较高温度下保持其物理化学性质的稳定。
另外，离子液体也是一种具有高电导率的体系，这使得其在电化学领域的应用尤为重要。
通过合理设计离子液体的结构和组分，可以调控其热稳定性和导电性能。
三、离子液体的应用领域离子液体广泛应用于化学合成、催化剂、电化学能源、化学传感器以及分离纯化等领域。
1. 化学合成和催化剂离子液体作为独特的绿色溶剂系统，可以替代传统有机溶剂在有机合成中的应用。
其溶解性能和选择性使得离子液体成为一种理想的合成介质，不仅可以促进反应速率，还可以提高产率和纯度。
材料毕业论文室温离子液体在无机纳米材料制备中的应用
室温离子液体在无机纳米材料制备中的应用摘要:室温离子液体的物理和化学性质相对稳定，具有结构可调的特性。
作为一种新功能材料广泛用于纳米材料的制备领城。
本文就近几年国内外相关研究进展，对室温离子液体在无机纳米材料制备中的应用进行综述。
关键词:离子液体;无机材料;纳米材料一、引言随着人们环境保护意识的不断提高，从上世纪90年代起，绿色化学日益成为化学科学发展的前沿分支，它要求从根本上消除化学化工过程对环境的污染。
其中，室温离子液体（room temperature ionic liquids, RTILs)作为一种新兴绿色溶剂，在化学和工业等许多领域受到了广泛关注[1,2]。
室温离子液体，是指室温或接近室温时呈液态的离子化合物，一般由体积相对较大的有机阳离子(如烷基咪唑盐、烷基吡啶盐、烷基季铵盐、烷基季盐、杂环芳香化合物及天然产物的衍生物等)和相对较小的无机或有机阴离子( 如[ PF6 ]-、[BF4 ]- 、[SbF6 ]- 、NO3- 、[AlCl4 ] -、[CF3SO3 ]- 、[CH3CO2 ]-、[CF3CO2 ]- 等)构成。
它的熔点很低, 可以到-96℃：具有很宽的液态温度范围，甚至超过400℃仍然保持液态。
其蒸气压几乎可以忽略，不挥发，污染少，对环境友好，回收方便，在替代传统的有机溶剂方面潜力巨大。
它的电化学窗口宽(>5V)，导电性、导热性和热力学稳定性好，并且具有高的热容和热能储存密度。
其酸度、极性及双亲性可控，能与不同的化合物混溶。
这些独特的物理化学性质及功能使RTILs成为一类备受关注的新型介质和材料。
早在1914年，Sudgen等就报道了有机盐硝酸乙基铵(EAN)在室温下为液态。
1948年，乙基吡啶溴化物-三氯化铝(C-PyBr2-AlCl3 ) 标志着AlCl3 型离子液体的诞生。
1982年，随着1-乙基-3-甲基咪唑氯化物-三氯化铝([Emim]Cl-AlCl3 )的发现，对RTILs的研究逐渐增多起来,包括电化学、催化、有机合成和化学分离萃取等。
室温离子液体研究进展
收稿日期:2008208204作者简介:张 鹏(1967-),男,山东泗水人,辽宁大学高级实验师,硕士研究生・第26卷 第4期2008年10月沈阳师范大学学报(自然科学版)Journal of S henyang Norm al U niversity (N atural Science )V ol 126,N o.4Oct.2008文章编号:1673-5862(2008)04-0469-04室温离子液体研究进展张 鹏1,王朕威2,吴抒遥1,房大维1,戴 云2(1.辽宁大学化学学院,辽宁沈阳 110036; 2.云南民族大学化学与生物技术学院,云南昆明 650031)摘 要:室温离子液体作为一类环境友好的绿色溶剂正受到越来越广泛的关注,其众多的优良性质在许多领域有着诱人的应用前景・对室温离子液体的组成,性质,合成方法及应用的研究进展进行介绍・关 键 词:室温离子液体;性质;合成;应用中图分类号:O 611.62 文献标识码:A离子化合物在室温下通常都是固体,强大的离子键使正,负离子在晶格上只能做振动,不能转动,平动・若把正,负离子做得很大且又极不对称,由于空间阻碍,强大的静电力也无法使正,负离子在微观上做密堆积・在室温下,正,负离子不仅可以振动,甚至可以转动,平动,使晶格遭到彻底破坏,在室温下呈液态,通常被称作“室温离子液体”・室温离子液体以其无可测蒸气压、可循环使用、无环境污染等优点,成为一种传统溶剂的理想替代品,越来越引起人们的重视・1 室温离子液体的组成典型的离子液体由有机阳离子和无机阴离子组合而成・图1为4类常见的离子液体阳离子,其中图1 常见的4类离子液体阳离子R 1,R 2,R 都可调变・2 离子液体的合成方法离子液体的合成大体上有2种方法,直接合成法和两步合成法・直接合成法 通过酸碱中和反应或季胺化反应一步合成离子液体,操作经济简便,没有副产物,产物易纯化・如硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备[7]・两步合成法 如果直接法难以得到目标离子液体,就必须使用两步合成法・首先通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐・([阳离子]X 型离子液体);然后用目标阴离子Y -置换出X -离子或加入Lewis 酸MXY 来得到目标离子液体・在第二步反应中可以使用金属盐M Y (常用的是Ag Y 或N H 4Y ),产生AgX 沉淀或N H 3、HX 气体而容易除去;也可加入强质子酸HY ,反应要求在低温搅拌条件下进行,然后多次水洗至中性,用有机溶剂提取离子液体,最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体・另外,也可以直接将Lewis 酸(MXY )与卤盐结合,如氯铝酸盐离子液体[8]的制备就是利用这个方法・3 离子液体的应用3.1 分离过程的应用离子液体能溶解许多无机物,有机物和聚合物而同大量有机溶剂不混溶,其本身非常适合作为新的液-液提取的介质・例如:离子液体从生物燃料AB E 的发酵液中回收丁醇[9]・采用[BM IM ][PF 6]离子液体在175℃下处理油页岩提取石油,萃取率比采用己烷提高10倍[10]・利用对牛磺酸溶解度较大的[BM IM ][Cl ]离子液体作为浸取剂,分离收率高达97%[11]・另外,由于离子液体的高导电率,可作为电解质添加剂用于毛细管电泳分离[12]・离子液体也可作为气相色谱固定相[13]・3.2 在电化学中的应用离子液体因宽阔的电化学电位窗,良好的离子导电性在电沉积,电池等领域有广泛的应用前景・在离子液体[EM IM ]Cl 2AlCl 3中沉积出Al 2Mn 合金,在离子液体[BM IM ]Cl 2AlCl 3中沉积得到Al 2Fe 合金[14],此外,稀土金属和半导体金属均可在离子液体中电沉积得到某些优异的结构・锂离子电池一直被认为是由吸引力的绿色能源而被广泛应用,实验表明,离子液体[DMFP ][BF 4]([DMFP ]+:1,2-二甲基-4-氟吡唑阳离子)的热稳定性温度在300℃,可在一个宽的温度范围内和锂稳定共存,而且[DMFP ][BF 4]/LiBF 4的电化学窗口大于4V ,以它为电解质的LiMn 2O 4/Li 电池显示了较高的充放电循环效率(大于96%)[15]・3.3 在化学反应中的应用离子液体在化学反应中的应用作为化学反应的溶剂・首先,离子液体可能改变反应机理使催化剂活性・稳定性更好,转化率、选择性更高;离子液体种类多,选择余地大;将催化剂溶于离子液体中与离子液体一起循环利用,催化剂兼有均相催化效率高,多相催化易分离的优点;产物的分离可用倾析、萃取、蒸馏等方法,因离子液体无蒸气压,液相温度范围宽,使分离易于进行・1)Heck 反应 Okubo 等[16]以Pd Ⅱ/SiO 2为催化剂,研究了在离子液体[BM IM ][PF 6]中进行的Heck 反应,得到了非常高的转化率,且产物易分离,催化剂可以重复使用,反应中不需加入膦作为配体试剂,从而降低了反应成本,也消除了使用膦带来的毒性及其对产物的污染・2)Friedel 2Crafts 反应 离子液体中的傅克烷基化有很多优点,在HCl 等协调下离子液体可以表现为超酸性质,反应条件温和,反应速度快,反应的选择性明显提高,产物容易分离,更重要的是分离过程中没有AlCl 3等废料产生,在这里酸性的离子液体既是溶剂又是催化剂,而且离子液体还可以负载在固体载体上,显示出了非常好的催化效果[17]・Song 等[18]研究了离子液体中Sc (O Tf )3催化的烯烃与芳烃的烷基化反应,在传统有机溶剂中,此反应不能进行,而在[BM IM ][PF 6]中室温下反应12h ,收率为96%,转化率达到99%,催化剂固定在离子液体中可以重复使用・3)Deiels 2Alder 反应 环戊二烯与顺丁烯二酸甲酯在室温离子液体[BM IM ][O Tf ]中反应[19],20℃,18h ,产率98%,内向型产物与外向型产物之比为412∶1・在室温离子液体[BM IM ][BF 4][20][BM IM ][PF 6][21]中进行的Deiels 2Alder 反应,也有相似的结果・与常规的Deiels 2Alder 反应相比较,产率明显增加,内向型产物的产率也明显增加・呋喃与丙烯酸甲酯的Diels 2Alder 反应,在[BM IM ][BF 4]离子液中进行,内向型与外向型产物之比为213/1,产率为67%,而在非离子液环境中进行的反应,内向型与外向型产物之比为1/2,产率为55%[20]・4)氢化反应 de Souza 等[22]在[BM IM ][BF 4]中研究了Rh 催化的环己烯氢化・Chauvin 等[23]用含弱配位阴离子(PF 6-,BF 4-,SbF 6-等)的离子液体溶解阳离子复合物[Rh (nbd )(PPh 3)2]PF 6(nbd 为降074沈阳师范大学学报(自然科学版) 第26卷冰片二烯),形成离子催化剂溶液,然后在其中研究了1-戊烯的氢化反应(见下式),反应速率比在普通溶剂中快几倍,而且所用的离子催化剂溶液能被重复使用・5)氧化反应 在离子液[BM IM ][Cl ]中,室温下醇可被高碘化合物氧化为醛或酮,产率80%～99%[24,25]・在DMAP 2OsO4催化作用下(DMAP 为4-二甲胺基吡啶),在离子液[BM IM ][PF 6]中,NMO (N -甲基吗啉N -氧化物)可将烯氧化为邻二醇,离子液和催化剂反复使用4次,仍有90%以上的产率[26]・在离子液[BM IM ][PF 6]或[BM IM ][BF 4]中,OsO4及NMO 、过氧化氢等共氧化物可将烯氧化为邻二醇[27]・6)聚合反应 Vijayaraghavan 等[28]以一种新型的Br ênsted 酸双草酸根硼酸(HBOB )为引发剂,研究了苯乙烯在DCM 和离子液体[Pl4[Tf2N ](N -甲基-N -丁基吡咯三氟甲基磺酰胺酸盐)中的阳离子聚合(如下式所示)・结果发现,与传统的有机溶剂DCM 相比,在[Pl4][Tf2N ]中的聚合得到的聚合物分子量较小,分子量分布较窄・离子液体和引发剂的混合物可以回收利用・Mastrorilli 等[29]以Rh (Ⅰ)作催化剂,三乙胺作助催化剂,分别研究了苯基乙炔在[BM IM ][BF 4]和[BPy ][BF 4](N -丁基吡啶四氟硼酸盐)中的聚合(如下图所示)・结果表明,在两种离子液体中的聚合反应产率都非常高,得到的聚合物分子量达到55000～200000,催化剂可以回收利用,且活性无明显降低・4 结 语离子液体的众多优良特性引起了世界范围内的关注,国内外多个研究机构都在从事离子液体的研究,而且已经取得了许多突破性的进展,但是仍有许多问题亟待解决甚至制约了离子液体研究的发展,其中离子液体成本过高是最大的障碍之一,因此将离子液体生产工业化是解决这一问题的最好方法,离子液体生产工业化将极大地推动离子液体研究的进步,工业化本身也将产生巨大的经济效益・参考文献:[1]QUARMB YI C ,MAN TZ R A ,G OLDENBER G L.Studies in Buffered Chloroaluminate Ionic Liquids[J ].Metal Anal Chem ,1994,66:355823561.[2]UARMB Y I C ,OSTER Y OUN G R tent Acidity in Buffered Chloroalu Minate Ionic Liquids[J ].Am Chem S oc ,1994,116:264922650.[3]WASSERCHEID 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prospect of biotechnology in the future are predicted.K ey w ords:RTIL;property;synthesis;application。
室温离子液体在受限区域内的研究进展
室温离子液体在受限区域内的研究进展盛倩;薛建明【摘要】室温离子液体具有熔点低、蒸汽压低、电化学窗口宽、不易燃等优点,因此作为绿色溶剂在催化合成、电化学分析等领域有着广泛的应用,但是由于离子液体的尺寸相对较大,和体溶液相比,在受限区域内,离子液体的物化性质可能会发生改变,而且在与带电固体的界面处,其离子分布情况会比较复杂.对于离子液体来说,它在表界面的微观结构及行为会直接影响其物化性质,进而影响其在微纳尺度的应用等.该文针对离子液体在受限区域内的物化性质以及表界面结构的研究进展做一简单综述和探讨.【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(047)002【总页数】5页(P27-31)【关键词】离子液体;受限区域;物化性质;表界面【作者】盛倩;薛建明【作者单位】北京大学物理学院,核物理与核技术国家重点实验室,北京100871;北京大学物理学院,核物理与核技术国家重点实验室,北京100871【正文语种】中文【中图分类】O64室温离子液体在室温或接近室温的条件下呈现为液体状态，与传统的盐类(如卤碱)不同，离子液体不需要其他的溶剂(如水)即可完全解离成自由移动的阴阳离子. 组成离子液体的离子主要是有机阳离子和无机阴离子，常见的阳离子有咪唑盐离子、季铵盐离子、吡咯盐离子等，阴离子有、等. 离子液体有许多优异的物理化学性质，如熔点低、饱和蒸汽压低、不易燃、热稳定性好、催化性能好、离子导电性好(电导率约0.1～20 mS/cm)、电化学窗口宽(一般为4～5 V，有的甚至可以达到7 V)、种类的可设计性和良好的溶剂性等[1-5]. 鉴于这些特点，离子液体在物理化学、生物工程等领域应用潜能大. 相对于其他有机溶剂，离子液体作为溶剂或者反应介质具有更好的相溶、催化性能[6]；用离子液体作为电解液可以制备出短路电流高、转化效率高、性能优良的太阳能电池[7-11]；由于离子液体的化学性质较稳定，可用做超级电容的电解液，极大地改善了器件的性能[12]；另外在微纳领域，如纳流体器件、生物传感器、药物传输等方向离子液体也有广泛的应用[13-15].通常，受限区域(如纳米孔、纳米通道、介质孔等)指的是至少有一维尺寸与受限分子或离子的尺寸相当，此时分子/离子主要受到两方面的作用，即空间位阻效应和分子/离子与孔壁的相互作用，这些作用对材料的物理化学性质会产生一定的影响，比如相变点、玻璃化温度、熔点等. 为了对材料的各种物理化学性质有一最本质的了解，从而能更好地应用各类材料，很多科研工作者着手研究受限区域是如何影响材料的物化性质，如动力学、热学、光学性质等. 早期的研究主要集中在分子液体[16]、液晶[17-18]或者大分子[19]等在多孔介质中的性能研究. 由于室温离子液体优异的物理化学性能，自从Dai等 [20]首次用离子液体制备多孔硅胶，对离子液体在受限区域内的研究逐渐成为热点. 但与宏观尺度下相比，对于离子液体在受限区域内的各种物化性质以及离子液体与固体接触界面的性质是否会发生改变？如何改变？人们的认识并不深入，因此在这方面的研究还有一定的挑战性.1.1 热稳定性在受限区域内，离子液体的热稳定性是一项重要的物理学参数，它表明在连续操作的最大温度范围内离子液体的质量没有损失，化学结构不发生改变，而热重分析法是研究离子液体在受限区域的热稳定性的一个有效方法. Singh等[21]基于1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMI][PF6])在多孔硅的研究发现，相对于体溶液，在受限区域内离子液体的分解温度更低，符合“hinged spring”模型. 由于C—H基团通过与孔壁上氧的相互作用，阳离子咪唑环会铰链在SiO2基质的孔壁上，当材料被加热时，离子液体不同组成部分的热振动会增强，因此离子液体的烷基链脱落的几率增大，导致其稳定性降低. Verma等[22]同样发现1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯 [EMIM][EtSO4]在多孔TiO2中，受热分解是一个多级的过程并且相对体溶液中，受限区域离子液体的分解温度降低，即热稳定性降低. 然而，Neouze等[23]则认为1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐[BMIM][NO3]在银基底的多孔中，相对于体溶液高出50 ℃左右离子液体才开始分解，Chen 等[24]基于[Me3NC2H4OH][ZnCl3]在单壁碳纳米管中的研究也发现，离子液体的分解温度增加了60 ℃左右. 因此，离子液体的热稳定性在导电和不导电的多孔介质中性质并不相同，在导电的介质如银、碳等中，离子液体的热稳定性增强，而在不导电的介质如SiO2、TiO2中，离子液体的热稳定性减弱[25].离子液体在应用时首先要测定的热稳定性，因为只有在合适的温度下，离子液体才能不发生质变并保持优异的物化性能. 在受限区域内，除单纯的温度因素外，由于离子液体的尺寸比较大，还需考虑由于空间位阻、离子与壁面的相互作用等效应导致的离子液体结构的变形，这些因素都会导致离子液体的稳定性改变，影响其在受限区域内的应用. 因此对于提高离子液体在受限区域内热稳定性的研究十分必要.1.2 动力学特性除热稳定性等参数外，材料的动力学特性也可以用来描述离子液体在微观受限区域的特征. 研究动力学特性的方法主要有核磁共振、X-射线衍射、宽带介电弛豫谱、中子散射等，现在常用核磁共振. 通过研究核磁共振的线宽度、弛豫时间和化学位移可以得到离子液体的扩散系数和其他动力学参数. Le Bideau 等[26]发现1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺[BMIM][TFSI]在多孔硅中的动力学特性类似于流体的性质，在室温下其动力学过程只有很小的慢化，其弛豫时间也和体溶液中的相同. Iacob等[27]用宽带介电弛豫谱和核磁共振的方法研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMIM][BF4]在多孔硅中的特性，在平均孔径7.5 nm的孔中，离子液体的扩散系数可以增大2个量级，他们认为这是因为在小孔中离子液体密度的降低，减小了离子的堆积，从而增大了其离子的迁移速率和电导率. 而后，Singh 等[28]通过介电弛豫谱研究发现纳米孔的尺寸起到了决定性的作用，当纳米孔的直径小于14.8 nm时，由于离子液体与纳米孔壁的表面相互作用，受限区域内离子液体的介电弛豫峰频率(fconfined，fc)小于体溶液中的介电弛豫峰频率(fbulk or unconfined，fb)，即fc<fb；而对于大孔直径大于23.2 nm的孔，由于空间位阻的效应，受限区域内离子液体的介电弛豫峰频率大于体溶液中的，即fc>fb；而介于二者之间的，则两种作用力相当.虽然目前不同课题组对于离子液体动力学特性的研究有不同的见解，但是大部分还是认为其动力学特性与受限区域的大小有关. 而归结其原因，同样应该是空间位阻和离子与壁面的相互作用的共同影响. 这种影响会直接导致离子液体在受限区域内的粘度、扩散系数、电导率等一系列的性质发生改变，从而严重影响其在微纳领域的应用. 因此，离子液体的动力学特性也是以后研究中不可忽略的一个问题.1.3 电导率在多孔介质中，由于离子液体与测量电极之间接触面积的不确定性，导致估算出来的电导率和离子液体真实的电导率之间可能存在一定的差异[25].而在单个纳米孔中，通过测量其电导，可以计算出所对应的电导率. 但是，关于离子液体在受限区域内的电导率的研究，目前没有统一的定论. 单个聚酰亚胺(Kapton)纳米孔中，Tasserit等[29]研究发现疏水性的[BMIM][TFSI]在纳米孔中的电导率是体溶液中的10倍左右，而亲水性的1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸酯[EMIM][SCN]在纳米孔中的电导率和体溶液中的几乎一样. Davenport等[14]在PET纳米孔中的研究却发现，离子液体在纳米孔中的电导率明显低于体溶液中的电导率，但随着孔径增大至20 nm左右，电导率逐渐趋于稳定. Bellayer等[30]研究发现[BMIM][BF4]在SiO2多孔中的电导率与体溶液中的差别很小. Meera[31]和Gupta[32]等也发现了类似的规律，即[BMIM][TFSI]、[BPy][TFSI]、[BMIM][BF4]在多孔硅和体溶液中的电导率均在同一个数量级上. 除此之外，对于不同种类的离子液体在不同的介质孔中的电导率与体溶液中的电导率之间的关系不够明确，其原因有待研究. 但是，在基于离子液体的超级电容器、电池等应用中，我们还是希望能够找到电导率比较高的室温离子液体. 因此，对于离子液体在受限区域内的电导率的研究仍然是一个难点和热点，这不仅有助于我们理解离子液体在受限区域内的导电机制，而且能将其更好的应用在各类微纳器件的制备和应用.任何2种或2种以上的物质接触时都会形成1个过渡的界面，而界面附近存在一定的分子/离子分布，电解质溶液与固体界面之间亦是如此，逐渐发展且被普遍认可的离子分布有3种模型：Helmholtz模型、Gouy-Chapman模型和layer模型. 在传统的稀电解质溶液(如KCl、NaCl等水溶液)与固体的接触界面，符合Stern提出layer模型，认为双电层是有Helmholtz层和扩散双电层共同组合而成. 但是离子液体是完全由阴、阳离子组成的液体，没有溶剂，用传统的稀电解质溶液的双电层模型来解释其表界面现象可能会存在一定的问题.Kornyshev[33]基于理论计算后提出了离子液体界面双电层的新模型，他是在离子液体内部以侧链聚集为中心点，以阴阳离子构成的偶极层为圆周的圆形结构，而在电极界面处阴阳离子构成偶极层，形成多层平行电容结构. 即在熔盐/电极界面，金属带上电荷时，与之接触的熔体最靠近金属的一层电荷是反号的，然后是一层同号离子，反号、同号离子交替排布形成准晶格结构，而外侧则是随机排布，其与传统的稀电解质溶液的双电层模型对比如图1所示. 后来，Bazant等[34]运用Landau-Ginzburg-type 连续介质理论预测离子液体的双电层模型，首次尝试将overscreening 和 crowding两种模型应用到粘滞系数比较高的液体中，他们认为在低电压(0.26 V)下，overscreening在离子液体中更适用，而随着电压的增大(如2.6 V)，抗衡离子数逐渐增多，并达到晶格饱和状态，而且这个结论与实验结果一致. 而Gebbie等[35]认为离子液体的界面行为与稀电解质溶液类似，在与电极接触的界面上会形成Stern层和扩散双电层，而且扩散双电层的离子是由1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐[C4mim][NTf2]离解的[C4mim]+和[NTf2]-. 但Perkin等[36]认为，目前关于离子液体表界面问题依然存在很多的未解之谜，Gebbie等下这个结论还为时过早. 我们知道在电化学中，各类反应几乎都是在电极/液体界面发生的，因此研究清楚离子液体/电极界面的双电层结构对其参与的电化学反应的理论和实验都有十分重要的意义. 虽然目前关于双电层的研究还有很多[37-40]，但是由于离子液体的复杂性，双电层的模型还有待进一步研究探索.离子液体作为一种新型物质，具有熔点低、不易挥发、导电性能好等优良性能，在物理、化学、生物等各个领域有着广泛的应用. 本文介绍了在受限区域内离子液体的热稳定性、动力学特性以及电导率，并简单分析了其与电极界面处的离子分布. 由于离子液体的尺寸比较大，在受限区域内，主要受到2方面的作用：空间位阻效应和离子与孔壁之间的相互作用. 目前来看，无论从实验还是理论均认为这2种效应会导致离子液体在受限区域内的特性如热稳定性、电导特性、动力学特性等和宏观体溶液相比发生一定的改变，但是对于这种改变还没有一个明确的定量的结论. 除此之外，对于离子液体在微纳尺度上表界面模型、流动特性等其他问题也有待进一步探讨. 除了上述2种作用外，离子液体的阴阳离子的极性、大小，孔的尺寸，孔壁的表面特性等客观因素都有可能导致离子液体在受限区域内的物化性质发生变化. 在研究方法上，除了核磁共振、X射线衍射等实验手段，近年来分子动力学模拟方法在离子液体的研究中也起到了很大作用. 因此，在今后的研究中，应该考虑到多种影响因素，结合实验、模拟等多种方法来研究离子液体受限区域的物化性质是否会发生变化以及怎样变化. 虽然对于离子液体在受限区域内的各种物化特性的研究并不深入，但其在微纳领域的依然有广泛的应用，如纳流体二极管的制备、纳米材料的制备、生物传感等. 因此，研究离子液体在受限区域的物化特性、表界面结构更加必要.【相关文献】[1] Torimoto T, Tsuda T, Okazaki K, et al. 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室温离子液体及其研究进展
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形成 恒沸 物 ， 有利 于 分离 等 ， 又称 之为 “ 色 溶剂 ” 绿 阁
和“ 可设 计溶 剂 ”Ｊ ［ ３ 。
１ 室 温 离子 液 体
１１ 室温 离子 液体 的种类 ．
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第 ２ ２卷 第 ３ 期
２０ ０ ８年 ５月
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室温离子液体及其研究进展
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室温离子液体及水溶液性质的研究
室温离子液体及水溶液性质的研究现今，室温离子液体（ILs）及其水溶液成为研究热点，因其在工业应用方面拥有良好的潜力。
由于室温离子液体及其水溶液性质的复杂性，许多相关研究已经开展。
因此，了解室温离子液体及其水溶液性质的相关研究有重要的现实意义。
研究发现，室温离子液体是由有机半导体（有机或无机）组成的复合物，具有良好的溶解性和稳定性。
它们具有优异的渗透性、低滴定性和抑制作用，可以很好地解决化工过程中的溶剂污染问题。
ILs 的水溶液性质表现出良好的溶解性和可控性，可用作化工工艺过程中的重要手段和基础。
此外，室温离子液体在环境污染控制和材料表界行业中也得到了广泛应用。
室温离子液体具有一系列优异的性质，其中包括低溶解度、气体吸附性、可控渗透性、化学稳定性、低滴定性、可逆性和可避免的溶剂污染等。
ILs的水溶液性质也有一定的优势，包括低溶气度、高溶解度、稳定、可控、对水中污染物有降解作用等。
由此可见，室温离子液体及其水溶液的研究为污染控制和材料表界行业的发展提供了重要的研究支持。
为尽可能充分了解室温离子液体及其水溶液性质，需要进行各种类型的研究。
首先，需要对室温离子液体的密度、折射率、电导率、粘度以及表面张力等性质进行测试和分析，以便对ILs的性质有一定的了解。
其次，要研究室温离子液体在水中的溶解性，可以去测试、观察不同ILs在水中体积、比重、浓度和pH值等。
最后，需要考察室温离子液体及其水溶液在不同温度和pH下的稳定性，对其进行深入的研究。
通过对室温离子液体及其水溶液性质的深入研究，不仅可以帮助更好地理解ILs的特性，还可以帮助研究人员更好地应用它们。
这些研究将能够有助于化工工程的发展，为污染控制和材料表界提供参考。
今后，在室温离子液体及其水溶液性质方面的研究应继续深入，以期取得更多进展。
综上所述，室温离子液体及其水溶液性质研究具有重要的现实意义，需要通过实验测试和分析以及长期的实践来获得更全面的了解。
未来的研究应继续深入，以发现更多的用途，实现室温离子液体及其水溶液性质的最大价值。
(完整word版)0室温离子液体的合成及物性研究
室温离子液体的合成及物性研究（实验周期：两次课）1. 实验目的：（1）认识室温离子液体的概念、物性及用途（2）学会室温离子液体的合成方法（3）理解影响室温离子液体物性的因素，掌握调控其物性的方法2. 背景介绍室温离子液体（Room Temperature Ionic Liquids），即全由阴阳离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质。
早在1914年Walden P.就发现[EtNH3] [NO3] 的熔点只有12o C。
此后，离子液体被认为是潜在的可以用于有机合成的溶剂，替代挥发性的有机溶剂。
然而，离子液体被广泛用于有机合成领域却是上世纪90年代以来的事情。
由于其具有可溶解极性、非极性的有机、无机物质，易于与其它物质分离，可循环利用等等优良特性，为化学家们解决化学反应污染问题，提高反应收率等方面提供了一种新的思路。
从1914年发现第一种离子液体开始,该研究领域的发展一直缓慢。
主要是电化学家应用离子液体在电池电介质的研究领域.直到上世纪90年代,Wikes领导的研究小组第一次合成了对空气,水稳定的低熔点的离子液体:1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐离子液体。
这是一个划时代的研究成果。
从此,离子液体的研究得以迅速发展,随后化学家们合成开发出各种各样的离子液体。
与传统的氯铝酸盐离子相比较, 咪唑四氟硼酸盐离子液体或者咪唑六氟磷酸盐离子液体具有的最大特点就是对水和空气高度稳定,从而极大的拓展了离子液体的应用和研究领域。
尤其是最近几年,化学家们从离子液体所具有的某些独特优点入手,利用离子液体具有可设计性这一特性,对传统的离子液体进行修饰,改进和衍生化,已经开发出适合不同需要的功能型离子液体。
离子液体的种类繁多,不同的阴阳离子可以组合成不同的离子液体。
离子液体中阳离子一般为有机化合物,具有体积较大低对称性的特点。
按照阳离子来划分的话,可以分为如下几大类:1.带有不同取代基的咪唑阳离子。
这是一类最为常见的阳离子,一般又称为N,N ’-二烷基取代咪唑离子,简单记为[RR’im]+, 例如我们上面所提到的1-乙基-3-甲基-咪唑阳离子记为[Bmim]+，若2位上还有取代基R″，则简记为[RR’’R’im]+，如1,2-二乙基-3-丙基咪唑离子记为[ME ’E ’’im]+；2.吡啶阳离子： N-烷基取代的吡啶离子简记为[RPy]+；3.季铵阳离子[NR x H 4-x ]+；4.季瞵阳离子[PR x H 4-x ]+；5.锍离子；6.三氮唑离子；7.噻唑离子；8.恶唑离子；9.己内酰铵离子等。
室温离子液体 一类新型的软介质和功能材料
评述第49卷第6期 2004年3月室温离子液体:一类新型的软介质和功能材料顾彦龙石峰邓友全*(中国科学院兰州化学物理研究所绿色化学中心, 兰州 730000. *联系人, E-mail: ydeng@)摘要对室温离子液体作为一种新型的介质在催化、有机合成、电化学、分离分析中的应用以及作为功能材料在摩擦与润滑、敏感材料、储能和光电材料等方面的研究进展作了综述, 并对离子液体研究未来的发展作了展望.关键词离子液体反应介质功能材料绿色化学室温离子液体(room temperature ionic liquids)一般是由特定的体积相对较大的结构不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子构成的、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; 与传统的液态物质相比较, 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及特有的功能, 是一类值得研究发展的新型的介质或“软”功能材料(soft materials).20世纪80年代中期, 英国和法国等研究机构开始系统地探索离子液体作为“绿色”介质与催化剂的可能性, 标志着室温离子液体系统研究的开始[1,2]. 近两年来, 对离子液体的研究非常活跃, 西方国家政府与有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究. 据统计, 发表在国外学术期刊有关离子液体研究的论文, 从10年前的每年约10篇达到现在的每周10篇. 值得一提的是, 2003年9月在美国纽约举行的美国化学会第226次全国会议上, 就有近200篇有关离子液体研究的论文. 由于离子液体的可设计性, 即调整阴、阳离子组合或嫁接适当的官能团, 可获得“需求特定”(task-specific)或“量体裁衣”(tailor-making)的离子液体, 并在分离纯化、核废料的回收、特种光学材料领域显示出良好的应用前景. 离子液体与现有的超临界流体、电化学、微电子等的结合, 使得原有这些技术的发展空间进一步加大且功能更趋完善. 离子液体研究已从发展“清洁”或“绿色”化学化工领域, 快速扩展到功能材料, 如电光与光电材料、润滑材料; 能源, 如太阳能储存、太阳能电池关键材料; 资源环境, 如天然气净化、木质素的降解; 生命科学等, 典型地体现了多学科交叉与综合在科学技术发展中的作用. 国内的研究机构, 如华东师范大学、中国科学院化学研究所、浙江大学、北京大学和中国科学院兰州化学物理研究所等, 也已开展了离子液体研究, 但是总体上讲, 研究工作尚处于初期阶段.1室温离子液体的主要特点和发展历史离子液体的主要特点是: 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(可低到−90℃); 宽液程(可达200℃); 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(甚至可大于5 V, 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(比现今使用的储热油的热能存储密度9 MJ/m3高6.4倍); 高热稳定性(分解温度可高于400℃); 选择性溶解力, 故称为“液体”分子筛(liquid zeolite); 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(solid liquid). 并且, 从理论上讲, 有超过万亿种可能的离子液体. 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[3~6].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年报道了第一个氯铝酸盐离子液体系AlCl3-[EPy]Br(ethylpyridium bromide). 但是在这之后, 有关离子液体的研究并不多见. 直到20世纪70年代, Osteryong和Wikes等人重新合成了基于N-烷基吡啶的氯铝酸离子液体. 并进一步研究了AlCl3-[EPy]Br在电化学领域中的应用. N-烷基吡啶氯铝酸盐离子液体体系的发现, 为离子液体在电化学、有机合成及催化等领域的应用奠定了基础. 20世纪80年代初, Wilkes等人[7]发现1, 3-二烷基咪唑氯铝酸盐比N-烷基吡啶盐具有更负的电化学还原电位, 并在此基础上合成了1,3-二烷基咪唑氯铝第49卷 第6期 2004年3月评 述酸类离子液体, 进一步扩展了离子液体的种类. 20世纪80年代中, Seddon 和Hussey 等将氯铝酸离子液体当作一类非水极性溶剂, 研究不同过渡金属配合物在其中的电化学行为、谱学性质以及化学反应等. 但是由于此类离子液体对水和空气敏感, 而限制了其应用. 20世纪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成功地合成, 使得离子液体的研究和应用迅速扩展. 图1给出了具有代表性的两种室温离子液体.此类离子液体被成功用作催化剂和有机合成反应介质后, 近三、四年来, 离子液体研究快速且成功地扩展到分离分析、清洁能源、生命科学以及功能材料等领域, 成为自然科学和技术研究领域中的热点之一. 研究机构和群体也从20世纪80, 90年代的英国和法国扩展至德国、美国、日本、澳大利亚和中国等.2 室温离子液体在化学中的应用2.1 室温离子液体在催化和有机合成中的应用在目前的室温离子液体研究中, 最多的是取代传统的有机溶剂或无机酸催化剂. 这一领域的研究依然非常活跃[5], 是室温离子液体研究的重点. 作为反应介质, 室温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室温离子液体有效地结合在一起, 达到催化剂的液相固载和回收[6]. 由于室温离子液体的纯离子环境, 化学反应过程在其中的机理和途径可能不同于传统的分子溶剂, 这为建立新的合成路线和改变产物的选择性提供了可能[7]. 室温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或碱性、亲水或亲油, 或调整其溶解度、熔点等. 因此, 对于一特定的催化 和有机反应, 室温离子液体的多样性为构成一最佳的反应体系提供了更大的选择空间, 并且, 反应过程也可能变得更为绿色化. 例如, 对于外消旋的1-苯基乙醇用酯交换反应拆分研究, 发现有些离子液体中酶催化下进行的反应比在MTBE(甲基叔丁基醚)中效果更佳, 且离子液体可以循环使用; HMIMPF 6(六氟磷酸1-甲基-3-己基咪唑离子液体)等非氯铝酸型离子液体溶解Ni 正离子配合物为催化剂, 用于乙烯齐聚制线性α-烯烃的活性高、线性α-烯选择性好而且分子量分布窄. 目前为止, 以离子液体作为反应介质中, 基本上所有以人名命名的重要有机反应, 如Friedel-Crafts, Diels-Alder, Heck, Stille, Suzuki, Michael, Biginelli, Knoevenagel, Aldol, Kabachnik-Fields 等反应均被人们重新研究, 多数取得了好的效果, 如取代了有毒、易挥发的有机溶剂; 提高了催化剂的活性和改善了反应的选择性; 简化了产物的分离过程; 改善了过渡金属催化剂稳定性[8]. 同时, 酸功能化室温离子液体因为兼有固体酸和液体酸的优点, 而且无挥发、低腐蚀, 已经在环境友好的酸催化方面表现出很大的潜力[9]; 固载化离子液体因其高效性、离子液体用量少、易分离等特点也展现出很好的发展势头[10]; 手性室温离子液体研究报道, 可能为不对称催化和合成引出新的催化反应体系和反应效果[11].本课题组研究发现, 钯络合物-离子液体催化剂体系用于苯胺类化合物羰化制备氨基甲酸酯类医药中间体时活性较使用传统的有机溶剂高几十倍, 较好地解决了目前含氮化合物羰化催化剂活性低的问题[12]. 成功地将离子液体应用于清洁汽油的生产, 发现氯铝酸离子液体可以通过催化烷基化和异构化较好地降低汽油中烯烃和苯的含量, 而非酸性的离子液体催化体系催化合成汽油添加剂甲基叔丁基醚[13]. 近来在离子液体介质中还实现了胺类化合物与二氧化碳反应制备二取代脲的过程, 在温室气体二氧化碳的优化利用、取代光气和一氧化碳等方面的研究取得了重大突破[14]. 而高效的、在离子液体中进行的环己酮肟重排制己内酰胺催化反应过程已经成为Beckmann 重排研究的重要进展, 有望克服目前固体酸催化剂易失活、频繁再生问题, 为取代硫酸实现Beckmann 重排过程的绿色化开辟一条新的道路[15]. 与此同时, 还在离子液体反应介质中成功地实现了酯化[16]、氢酯基化[17]、二氧化碳环加成制环状碳酸酯[18]、丙炔醇和二氧化碳反应合成不饱和碳酸酯[19]、Biginelli 反应[20]、十二烯环化[21]、苯两相选择氧化制苯酚等一系列反应和过程[22], 均取得了良好的研究评述第49卷第6期 2004年3月结果.近两年, 国内其他研究单位也在围绕离子液体开展了包括甲基丙烯酸甲酯的反向原子转移自由基聚合[23]、Heck 反应[24]、醇的选择氧化[25]、烯烃环氧化[26]、部分有机官能团的保护或脱保护以及从天然原料出发合成手性离子液体等研究工作[11,27,28]. 离子液体中催化和有机反应的研究已经成为国内离子液体研究的重要主题之一.2.2室温离子液体在分离分析中的应用室温离子液体选择性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的应用. 如从水中萃取苯的衍生物、金属离子, 核废燃料的萃取, 特别是近年来备受关注的机动车燃油中有机硫或氮化物去除等过程[29~32]. 本课题组以离子液体-乙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且不发生变质[33].室温离子液体和超临界CO2的结合是近两年来超临界萃取研究的新增长点. 由于纯的离子液体在超临界CO2几乎不溶解, 而超临界CO2在离子液体中具有良好的溶解性, 这就避免了水和有机溶剂萃取分离室温离子液体中物质时造成的交叉污染, 给催化反应完成后产物从室温离子液体中的分离提供了一种良好的选择[34,35]. 同时超临界CO2与离子液体的相互作用也成为离子液体研究中所关注的热点之一, 例如, 最近发现离子液体-超临界CO2双相体系中极性或非极性有机组分的加入, 对离子液体在超临界CO2中的溶解度存在不同程度的影响, 加深了对超临界CO2与离子液体的相互作用的认识[36].在仪器分析领域, 离子液体被用作气相色谱的固定相[37]、毛细管电泳流动相的添加剂和荧光分析等[38,39]. 例如, 将1-烷基-3-甲基咪唑基离子液体用于HPLC中, 作为新型流动相添加剂, 能成功实现对碱性化合物——麻黄碱的分离[40]; 在毛细管电泳技术中将离子液体动态涂敷后, 电渗流反转, 抑制了碱性蛋白的柱壁吸附, 改善了碱性蛋白的分离[41]. 利用疏水性强的离子液体[OMIm]PF6(六氟磷酸1-甲基-3-辛基咪唑离子液体)作为萃取溶剂在液相微萃取技术中, 分离稠环芳烃也获得很好的结果[42]. 近期有特色的工作应属多孔材料填充离子液体所构成的一类新型的膜分离技术和材料[43,44]. 此类多孔材料填充离子液体膜, 可将其他多孔材料填充液体膜很难分离的三乙胺、正己胺和二异丙基胺的混合物, 高选择性地分离二异丙基胺. 并且, 具有稳定性高、传质速率大和离子液体用量少等特点. 应该说离子液体的可设计性和多样性为构成一类新型的膜分离技术和材料提供了很大的发展空间.2.3室温离子液体在电化学中的应用人们在很早就注意到室温离子液体的良好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. 由于室温离子液体还兼有非挥发、酸碱性可调、无水、弱配位能力等特点, 使其在电镀、电沉积、电化学器件和电化学合成等方面显现了巨大的应用潜力.(1) 电镀和电沉积. 目前而言, 室温离子液体中的金属电镀大多使用氯铝酸室温离子液体, 这主要是因为氯铝酸室温离子液体黏度小, 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. 在氯铝酸离子液体中已经进行了多种碱金属(Li, Na)、碱土金属(Al)和过渡金属(Fe, Ni, Cu, Ag, Zn, W, Sb等)以及多种金属合金(Ni-Al, Co-Al, Ga-As, Co-Zn等)的电镀和电沉积[45~53]. 较其他熔盐电镀技术相比, 室温离子液体中的电镀或电沉积具有以下优势: 因为室温离子液体的非挥发性, 在其中进行的电化学过程温度可调; 室温离子液体作为电镀的介质往往可以实现一些在水中或有机溶剂中难以实现的电化学过程; 另外, 室温离子液体中电镀或电沉积所获得的材料在性能方面可能更加独特.(2) 电化学催化、导电材料及电化学器件. 利用室温离子液体为介质, 实现化学品的电化学合成, 具有相当的发展潜力, 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, 在水和空气稳定的室温离子液体中利用电化学方法活化CO2, 得到五元环状碳酸酯[54].甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)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π键共轭聚合物被广泛地用于电池、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(>10−4S/cm)、宽的电化学窗口第49卷第6期 2004年3月评述(>1 V)、高的离子迁移速率(>10−14 m2/V/S)以及较低的黏度. 由于一般的电解质(水或有机溶剂的盐溶液)难以同时达到这几点要求, 导致此类电化学器件寿命极短(只有几次). 而离子液体正是一个能够满足上述要求的电解质, 此类π键共轭聚合物在离子液体中的电化学循环可达百万次寿命[55]. 日本学者将高纯度的单壁碳纳米管和咪唑盐离子液体混合后, 发现可以得到一种凝胶, 这种凝胶可用于电子器件、涂敷材料和抗静电材料等方面. 由于碳纳米管和咪唑盐离子液体之间较强的ð-键作用, 原来碳纳米管中的深度交联的3-D网状结构在一定程度上被散开. 由于离子液体的非挥发性, 这种凝胶的热稳定性高. 如果降低温度, 会形成长程有序离子液体, 并得到一种晶体材料. 该小组认为此发现是碳纳米管基材料合成研究的一个里程碑[56]. 我国学者也利用类似的二烷基咪唑盐离子液体作为导电聚合物的电解质, 研究了聚合物MEH-PPV(Poly(2-methoxy-5-(2′-ethylhexyloxy)-1,4-ph- enylene vinylene)的电致发光行为, 结果表明离子液体的引入不仅可以降低此导电聚合物电致发光的电压阈值和具有更宽的操作电压窗口, 而且形成的电致发光器件可达到更高的亮度、更好的稳定性[57].3室温离子液体作为一种功能材料3.1室温离子液体作为敏感材料利用室温离子液体中溶解少量有机物后其黏度迅速降低的这一特点, 它们可以取代石英晶体微天平(quartz crystal microbalance)中传统的无机或有机涂层敏感材料用于检测有机挥发物. 由于有机物质在室温离子液体中有更快的溶解扩散速率, 这种技术得到的QCM对检测物质的响应时间小于2 s. 室温离子液体的非挥发性使其具有良好的稳定性[58]. 利用离子液体吸水后电导增加的原理, 瑞士一公司已成功地发展了一种测量空气湿度的传感器. 这种基于离子液体为敏感单元的湿度传感器和已有的基于聚合物膜为敏感单元的湿度传感器相比, 具有更快的响应时间和更高的抗干扰能力[59]. 离子液体的低熔点和高热稳定性, 可以作为传统的液体(汞、乙醇)温度计替代物, 构成既可测量低温(约−100℃, 取代乙醇温度计)又可测量高温(约400℃, 取代汞温度计)、环境友好的液体型温度计[60].3.2室温离子液体作为润滑材料高热稳定性、优良低温流动性、低蒸气压、良好润滑抗磨损性能的润滑剂在信息、航空、航天领域具有重要的应用前景. 石油基润滑剂通常难以满足低倾点(−50℃以下)、高黏度指数(120以上)、高热氧化稳定性、低挥发性等性能要求. 离子液体具有的特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合. 将室温离子液体涂敷在金属与金属、金属与氧化物及金属与陶瓷表面之间的摩擦性能研究表明, 室温离子液体作为润滑剂具有良好减阻抗磨损以及高承载能力[61, 62]. 这为新润滑材料的开发进行了有益的尝试, 值得开展进一步研究.3.3室温离子液体作为储能材料和光学材料太阳能的收集和存储一直是能源工业中难以解决的问题. 高温熔盐曾经作为一种特殊条件下的储能介质, 但是由于其熔点太高, 很难普遍应用. 室温离子液体兼有低熔点、高热容量、较好的热稳定性等特点, 使其成为一种良好的能量存储和传输的介质. 研究表明, [OMIm]PF6的存储密度是378 MJ/m3, 而其液态范围是−75~416℃. 这比现今普遍使用的储热油的存储密度(59 MJ/m3)高6.4倍1).燃料电池在100~200℃下工作时, 需要使用快质子传导复合膜, 若用吸水性质子传导膜如Nafion膜,因水的挥发而导致电导下降. 而用Nafion膜吸收无挥发性的离子液体, 在完全无水的条件下, 得到高的高温质子导电性, 在180℃电导率达到0.1 S/cm[63]. Gräzel 等发展了氧化硅纳米粒子固化离子液体构成准固态的电解质, 并成功用于染料敏化的太阳能电池获得较高的光电转化效率. 由于电解质的固化, 避免了像传统液态电解质的渗漏问题, 也可方便地加工成不同的几何形状[64], 这些创新研究的发表, 引发了人们对离子液体在燃料和太阳能电池领域应用的极大关注.离子液体兼有透光和导电的特性, 使得离子液体可能成为一类新型的软光学材料. 例如, Seddon等利用过渡金属电子密集特性, 将适当的阳离子和富电子的SnBr62−阴离子结合, 构成一类具有高折光率的液体, 用于一些特定矿物的组成鉴定2). Wilkes1) Wu B, Reddy R, Rogers R. Novel ionic liquid thermal storage for solar thermal electric power systems. Proceedings of Solar Forum 2001, Solar Energy: The Power to Choose. Washington, DC, 2001. 21~252) Deetlefs M, Seddon K. Processings of green solvents for catalysis-environmentally benign reaction media. EPA Green Chemistry Calendar & Conferences, Bruchsal, Am alten Schloss 22, October, 2002, Germany评述第49卷第6期 2004年3月等合成了一系列含硫阴离子的离子液体, 这些离子液体显示出很强的三阶非线性光学行为, 在非线性光学材料及全光器件方面有潜在的用途1).3.4室温离子液体在生命科学中的应用澳大利亚的研究人员发现离子液体可以极大地提高人造肌肉的功能(如肌肉的伸缩力量)2). 利用溶解性能独特的醚键功能化的咪唑盐离子液体还可以处理核苷等生物大分子, 这为某些抗癌药物的寻找和合成提供了很好的思路[65]. 英国研究人员将憎水性离子液体用作一些药物的储存剂, 构成一种可控的药物释放系统. 通过调整烷基咪唑阳离子上烷基侧链的长短, 可调控药物释放速率3).4新型离子液体的设计、合成和性质表征根据具体的需求, 对离子液体进行分子设计和“剪裁”研究是新型离子液体合成研究的重点之一. 有机合成技术在功能化离子液体的合成和“task- specific”离子液体的开发中起着非常重要的作用. 本课题组在咪唑盐离子液体的烷基侧链上嫁接的有机官能团已经很多, 包括羟基、羧基、酯基、芳环、腈基和醚键等. 这些离子液体展现出不同的物理化学性质和催化性能. 需要指出的是嫁接部分有机官能团以后, 离子液体的稳定性将受到一定程度的影响[66].近年来, 随着离子液体研究的发展和离子液体种类的增加, 离子液体结构组成与性能的关系引起人们的兴趣. 有关离子液体各种物理化学性质的深层次探索正在逐步展开. 利用量子化学手段, 如从头计算法、半经验法及密度函数理论等, 对咪唑盐或吡啶盐类离子液体进行计算机模拟, 可获得离子液体中阴、阳离子静电势分布、半径分布函数、各原子间相对距离等信息[59].由于分子型液体在常温下的明显挥发性, 限制了基于真空环境下的表面表征手段对其的应用. 而离子液体在常温下的“零”蒸汽压, 使一些真空环境下的表面表征技术用于研究离子液体表面成为可能. Watson 等[67]利用反冲谱仪首次研究了[BMIm]PF6的表面组成和体积相对较大且不对称的二烷基咪唑阳离子在表面的取向. 结果表明咪唑阳离子中的五元环平面垂直于液体表面, 丁基侧链倾向于液体体相. 与离子液体表面相关的性质, 如表面有序等也已被研究[68,69].值得注意的是, 在离子液体相关的基础数据方面(包括熔点、黏度、密度、极性和分解温度等), 不同研究组得到的数据存在明显的差别. 这表明离子液体的纯度、杂质的种类都影响着数据的准确性. 所以在研究离子液体物理化学性质时, 如何纯化离子液体就成为需要解决的首要问题, 也是难度较大的问题. 还需要指出的是, 室温离子液体包含有种类繁多的个体, 不是所有的离子液体都是绿色的或无毒无害的. 离子液体本身的毒性和环境相容性也正在引起人们的关注. 德国研究人员已经开始尝试建立离子液体的毒性和环境兼容性评估方法, 以期对离子液体全面地了解和发展那些环境相容性高的一类离子液体[70].5总结与展望离子液体作为近几年蓬勃发展起来的一种新型介质和功能材料正在越来越多地引起人们的关注, 研究的重点内容可能包括:(1) 新型、功能特定的(task-pasific)的功能化离子液体的合成和性质表征. 如酸功能离子液体(取代当前腐蚀设备污染环境的液体酸、易失活的固体酸), 手性离子液体(应用于不对称催化)以及拥有特殊电化学性质和光学性质离子液体的设计与合成.(2) 离子液体微观静电场和分子环境与宏观特性和功能的关系及调控; 离子液体中以及表面界面上各种物质与因素相互作用的规律; 由离子构成的表面界面上和环境中各种物质与因素相互作用的相关理论的建立.(3) 取代有机溶剂, 在绿色化学化工, 包括催化反应、有机合成、分离纯化中的应用.(4) 离子液体与传统技术和过程, 如电化学、超临界流体、纳米技术及微电子的交叉与综合, 形成集成创新.(5) 基于离子液体的软功能材料, 如储能材料、光学材料、敏感材料、电学材料等应是未来几年研究发展的新热点, 并有可能成为取得跨越发展和突破的领域.1) Wilkers J. Proceedings of the 226th National Meeting of American Chemical Society, New York, September 2003, post 882) Forsynth M. Artificial muscle breakthrough. School of physics and materials engineering. 1/2002, August, 20023) Jaitely V. Proceedings of the 226th National Meeting of American Chemical Society. New York, September 2003, post 127。
离子液体中的物理化学特性研究
离子液体中的物理化学特性研究离子液体是近年来发展起来的一类新型溶剂，其由离子构成而不是分子，具有高的化学和热稳定性、可调节的物化性质以及广泛的应用前景。
因此，对离子液体的物理化学特性进行深入研究，对于进一步理解其性质与应用具有重要意义。
一、溶解能力和极性离子液体具有非常出色的溶解能力，可以溶解许多不易溶于其他溶剂的纯物质，如金属、某些烃类等。
这是因为离子液体的极性大，因此对极性物质和离子类溶解能力强。
同时，离子液体也具有低粘度和低表面张力的特点，使得其对于某些难溶物质也具有很好的溶解能力。
二、热力学性质热力学性质是一个物质的基本特性，对于离子液体的研究也是至关重要的。
离子液体在不同温度条件下具有不同的热力学性质，如热容、热导率和能量变化等。
在实际应用中，离子液体的热力学性质可以应用到热能转化和能源储存等领域。
因此，通过对离子液体的热力学性质进行深入研究，可以更好地推动其应用。
三、电化学性质离子液体是由离子构成的液体，其在电化学性质方面具有独特的特性。
离子液体的电导率较高，因此常用于电解质和导电液体。
同时，离子液体还能够在电化学反应中扮演电解质和载体的角色，可以广泛应用于电池、电容器等领域。
四、磁学性质离子液体的磁学性质也是值得研究的一个方面。
由于离子液体中存在磁性成分，因此可以通过磁学性质的研究来探究离子液体中离子的性质和相互作用。
磁学研究也可以为离子液体在磁性材料、催化剂和磁性制品等领域的应用提供有力支持。
五、界面性质离子液体与其他溶剂或固体相接触时，会产生一定的界面现象。
离子液体的界面性质与表面张力、界面电位强相关，因此在离子液体在各种界面中的应用中起着重要作用。
在研究离子液体的界面性质时，可以从界面动力学、表面吸附、溶液界面等方面深入研究。
六、结论离子液体由于其独特的化学性质和广泛的应用前景，近年来引起了广泛的研究兴趣。
在未来的研究中，还需从不同的角度和层面对离子液体的物理化学特性进行深入研究，以实现离子液体的更好发挥。
室温离子液体的合成及物性研究
室温离子液体的合成及物性研究一、实验目的：（1）认识室温离子液体的概念、物性及用途（2）学会室温离子液体的合成方法（3）理解影响室温离子液体物性的因素，掌握调控其物性的方法二、实验原理本实验将合成常见的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，两者的合成路线如下：离子液体具有可设计的特性，这是其它室温液体所没有的。
在离子液体的合成之前的一个重要步骤是设计，不同的阴阳离子能够组合出种类繁多的离子液体。
选择适合的阴阳离子，通过选择与调整离子液体的性质，如熔点、粘度、疏水性，或者直接引入特定的官能团，满足特殊的需要。
离子液体是由阴阳离子经过不同的方式和途径来实现的，作为一种可设计室温液体，可以调整离子液体的结构，设计出NN +Br N NBr -NN Br -+KPF 6N N PF 6-1-丁基-3-甲基咪唑溴盐 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐一些有独特功能的任务适应性离子液体。
三、仪器与试剂三口烧瓶（100ml），圆底烧瓶（100ml），恒压滴液漏斗（100ml），分液漏斗（100ml），容量瓶（100ml），水浴锅，机械搅拌，电导率仪，烧杯，电热套N-甲基咪唑（化学纯），1-溴代正丁烷（化学纯），六氟磷酸钾（化学纯），氯仿（化学纯）四、实验步骤1 室温离子液体的合成（1）1-丁基-3-甲基咪唑溴盐的合成在带回流冷凝管的100ml的三口烧瓶中加入6.7gN-甲基咪唑，搅拌下升温至70℃，10分钟内滴加12.1g溴代正丁烷，保持温度70℃继续搅拌2小时得1-丁基-3-甲基咪唑溴盐（反应过程中注意观察反应液体状态的改变）。
（2）1-丁基-3-甲基六氟磷酸盐的合成在250ml的三口烧瓶中加入8.8g上面合成的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐，加入100ml水，室温搅拌下加入7.4g六氟磷酸钾，继续搅拌2小时（反应过程中注意观察溶解度的变化）。
反应结束后，将反应液转移入分液漏斗，分去水层。
含氟阴离子的室温离子液体物性研究
含氟阴离子的室温离子液体物性研究孙迎春;张睿;杜维君【摘要】论述了含氟阴离子的非AlCl3型离子液体熔点、密度、粘度、溶解性、电化学窗口.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2013(044)007【总页数】3页(P4-6)【关键词】离子液体;熔点;密度;粘度;电化学窗口【作者】孙迎春;张睿;杜维君【作者单位】昊华工程有限公司,北京100143;中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;昊华工程有限公司,北京100143【正文语种】中文室温离子液体一般包括AlCl3型离子液体、非AlCl3型离子液体和其他特殊离子液体。
目前，有关AlCl3型离子液体的研究和应用方面的报道比较多，而对非AlCl3型离子液体和其他特殊离子液体国内研究和应用不是很多，本文对以烷基咪唑盐类阳离子，含氟阴离子的非AlCl3型离子液体进行物性考察，目的为今后开发该类离子液体的应用提供基础数据。
1 熔点离子液体物性考察中，熔点是重要的参数之一。
目前离子液体的熔点与结构的关系还不是很清楚，很难关联，但一般而言，结构对称性越低、分子间作用力越弱、阳或阴离子电荷分布越均匀，离子液体的熔点就越低。
有关文献报道[1]阳离子对离子液体熔点的影响起决定性作用，本实验对一些离子液体的熔点进行测定，具体结果见表1，此类离子液体熔点主要由阳离子确定，相同的阴离子情况下，随着阳离子的取代基的增大，其熔点降低，随着烷基侧链碳数的增加，分子的不对称性增大,熔点也相应地下降。
由图1[1-3]中可知，当碳数增加到一定程度时,分子间的色散力增强及双层结构的形成,又导致离子液体的熔点升高。
表1 离子液体的熔点注：离子液体熔点测定采用《石蜡熔点冷却曲线测定法》（GB/T 2539-81）和《石油蜡和石油脂滴熔点测定法》GB/T8026-87。
离子液体熔点/℃ 离子液体熔点/℃(CH3CH2CH2CH2)4NBF4 <－30 EmimBF4 11(CH3CH2)3NHBF4 <－30 Bmim BF4 -81.15[4](CH3CH2)3NHCl/2SnCl 8.0 EmimPF6 15 AlCl3/(CH3CH2)3NHCl <-30 BmimPF6 -61[4]EmimBr 81 BMIMCl 65阴离子[1-3]对离子液体熔点有一定的影响。
室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料
室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料近年来，贵金属微纳材料在催化、光电、传感等领域展现出了广阔的应用前景。
然而，传统的合成方法往往需要高温高压条件，或者使用有机溶剂等对环境有害的物质。
因此，探索一种环境友好、低成本的合成方法成为了研究者们的关注点之一。
离子液体作为一种独特的绿色溶剂，在许多领域都得到了广泛应用。
近年来，研究者们开始将离子液体引入到贵金属微纳材料的合成中，并取得了一系列令人振奋的成果。
室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料的主要优势之一是合成条件的温和性。
相比于高温高压条件下的合成方法，室温水溶液中的合成方法无需复杂设备，操作简便。
同时，由于水的普遍性和环境友好性，这种方法不会对环境造成污染。
离子液体的引入进一步提高了合成方法的选择性和可控性。
通过选择不同的离子液体和控制合成条件，研究者们可以精确调控贵金属微纳材料的形貌、尺寸、结构等。
例如，在合成纳米颗粒时，离子液体可以通过调节其表面张力和溶剂极性等物理性质，精确控制纳米颗粒的尺寸分布和形貌，实现了形貌可控合成。
此外，室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料还具有较高的催化活性和稳定性。
一方面，由于水的高极化能力，离子液体溶液中贵金属微纳材料的表面往往可以被快速活化，形成大量活性位点，从而提高催化活性。
另一方面，离子液体的稳定性能保护了贵金属微纳材料的表面结构免受氧化、腐蚀等损伤，从而提高了催化材料的稳定性。
许多研究表明，室温水溶液中离子液体调控合成的贵金属微纳材料在催化反应中具有较高的催化活性和长时间稳定性。
最后，室温水溶液中离子液体调控合成贵金属微纳材料的合成方法还具有很高的可扩展性和应用潜力。
离子液体可以根据对应的贵金属离子进行设计和调整，从而合成出不同种类的贵金属微纳材料。
同时，离子液体可以作为载体或模板，引导贵金属的生成和组装，从而合成出具有特殊结构和性质的贵金属微纳材料。
高纯离子液体的制备及其物理化学性质的研究的开题报告
高纯离子液体的制备及其物理化学性质的研究的开题报告一、选题背景和意义离子液体（ILs）是一类具有独特性质和广泛应用前景的有机无机混合物，其特殊的分子结构和物理化学性质使其适用于近代化学、电化学、能源、材料等领域。
随着ILs的理论研究和应用开发，高纯离子液体的制备和纯化成为一项重要的研究课题。
高纯离子液体具有更加精确的物理化学性质和较为稳定的表现，对于解决涉及到ILs应用的制备、测量、表征等问题具有重要的意义。
二、研究内容及方法本文研究的主要内容是高纯离子液体的制备和物理化学性质研究。
这里选取一种有机阳离子和某种无机阴离子的组合制备高纯离子液体为例，主要涉及以下研究内容：1. 离子液体的制备方法：采用有机阳离子和无机阴离子掺杂的方法制备高纯离子液体，包括反应条件的优化、工艺流程的设计，通过萃取、分离、纯化等手段制备高纯度的离子液体。
2. 离子液体的物理化学性质研究：对高纯离子液体的多种物理化学性质进行研究，包括密度、粘度、热力学性质、流变学性质等，探讨离子液体纯度对其物理化学性质的影响。
3. 离子液体的应用研究：基于研究所得的物理化学性质数据，探索高纯离子液体在化学、电化学、能源、材料等领域的应用前景，如电池、材料加工、溶媒萃取、催化反应等。
三、预期成果及意义完成本文研究后，预期得到以下成果：1. 成功制备出高纯的离子液体样品，得到其全面的物理化学性质数据、结构信息及表征数据。
2. 探讨离子液体纯度对其物理化学性质的影响及关系，为离子液体应用前景的开发提供理论和实验支撑。
3. 探索高纯离子液体在化学、电化学、能源、材料等领域的应用前景，为该领域的技术进步和行业发展提供参考。
总之，高纯离子液体的制备及其物理化学性质的研究具有理论意义和实际意义，将为相关领域的发展提供有力的理论和技术支撑。
室温离子液体在有机合成中的应用研究进展
室温离子液体在有机合成中的应用研究进展洪哲【摘要】This is a review, the recent progress in research and application of room temperature ionic liquids as a green solvent and catalyst in organic synthesis, including Friedel-Crafts reaction, Diels-Alder reaction, coupling reaction, condensation reaction, and so on. It provides some reference for green organic synthesis research and application.%综述了近年来室温离子液体作为绿色溶剂和催化剂在有机合成反应中应用的研究进展，主要有Friedel-Crafts反应，Diels-Alder反应，Heck偶联反应，缩合反应等，为有机合成的绿色化工业应用及研究提供参考。
【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P25-28)【关键词】室温离子液体;有机合成;绿色合成;应用【作者】洪哲【作者单位】太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024【正文语种】中文室温离子液体(RTILs)通常是由有机阳离子和无机阴离子构成的一种室温熔盐。
与传统的有机溶剂相比，RTILs 具有电化学窗口宽、固有导电性高、热稳定性强、不易挥发、溶解度大、极性可控等优良物理化学性能及优点，其可作为挥发性有机溶剂的绿色替代品，用于化学合成、生物溶解、电化学装置等领域[1]。
RTILs 用作有机合成反应溶剂，同时还有催化功能，其反应速度快，区域选择性好，目标产率高，后处理简单，溶剂可以重复使用，具有绿色应用大好前景，相关研究具有一定应用价值。
室温离子液体
室温离子液体
李雪辉;徐建昌;王乐夫;张美英
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2001(21)8
【摘要】介绍了主要由烷基咪唑盐阳离子及氟阴离子组成的室温离子液体的制备、物理性质。
【总页数】5页(P58-61)
【关键词】室温离子液体;烷基咪唑阳离子;氟阴离子;熔盐
【作者】李雪辉;徐建昌;王乐夫;张美英
【作者单位】华南理工大学化工系
【正文语种】中文
【中图分类】O645.4;O646.17
【相关文献】
1.室温离子液体[Emim]BF4及其水溶液体系的比热容测定 [J], 田涛;郑丹星;武向红;蒋翼然
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5.室温离子液体TBP/[Cnmim][PF_6]用于铀酰离子萃取的研究 [J], 陈隆玉
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室温离子液体部分理化性能的研究进展
室温离子液体部分理化性能的研究进展
申宏丹;高兆昶;朱驯
【期刊名称】《化工技术与开发》
【年(卷),期】2015(044)003
【摘要】室温离子液体作为一种新型的绿色溶剂和催化剂,现已受到广泛关注,而黏度和熔点是离子液体最重要的两个性质.本文概述了离子液体的黏度和熔点等物理化学性质与离子液体结构间的关系,意在为今后工业化生产中设计出专用功能化离子液体提供参考意见.
【总页数】3页(P20-22)
【作者】申宏丹;高兆昶;朱驯
【作者单位】盐城工业职业技术学院轻化工程系,江苏盐城224005;盐城工业职业技术学院轻化工程系,江苏盐城224005;盐城工业职业技术学院轻化工程系,江苏盐城224005
【正文语种】中文
【中图分类】O646.1
【相关文献】
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01-P-085
室温离子液体及其理化性质研究
郑学明1*，盖丽芳1，彭丽敏1，尚会建1，李建峰2
1.河北科技大学，石家庄市，050018；
2.河北省环境地质勘察院，石家庄市，050021
E-mail：zxm123@
离子液体具有一些独特的性能，其物理化学性质可以通过对阳离子的修饰或改变阴离子进行调
节［1］。
本文介绍了室温离子液体的分类、合成方法等内容，并着重论述了室温离子液体的理化性能
以及室温离子液体的阴阳离子结构、组成与这些性能与之间的关系。
熔点是室温离子液体的一个重要的参数，它的大小主要决定于阴离子和阳离子的种类和结构，
可认为是阳离子的不对称性和分子间相互作用力共同作用来影响室温离子液体的熔点［2］。
离子液体
的热稳定性分别受杂原子-碳原子之间作用力和杂原子-氢键之间作用力的限制，因此与组成的阳离子
和阴离子的结构和性质密切相关，当阴离子相同时，咪唑盐阳离子2位上被烷基取代时，离子液体
的起始热分解温度明显提高［3］。
离子液体的溶解性与其阳离子和阴离子的特性密切相关，控制离子
液体阴阳离子的组成可以在一定程度上调节离子液体同其它溶剂之间的互溶性［4］。
离子液体的导电
性可应用于电化学方面。
常温下离子液体的导电系数在10-1Ω-1ｍ-1级［5］。
影响其导电性主要因素有：液体密度、分子量、粘度、离子大小。
综上所述，离子液体具有独特的物理化学特性，而且还可以在一定程度上进行调变。
但总体上讲，对离子液体的物理化学性质还了解得相对较少，这也成为今后离子液体研究的主要内容。
关键词：离子液体；合成方法；物理化学性质
参考文献：
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［2］Bonhote P,Dias A P,etal.Highly conductive ambient-temperature molten salts [J].
Inorg.chem.,1996,35:1168～1178.
［3］Wilkes J S, Levisky JA, etal. Dialkylimidazolium chloroaluminate melts:a new class of room-temperature ionic liquids for electrochemistry,spectroscopy,and synthesis [J].
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Room Temperature Ionic Liquid and Its Physical and Chemical
Properties
Xue-Ming Zheng*,Li-Fang Ge, Li-Min Peng,Hui-Jian Shang
(HeBei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018)
Ionic liquids, as a class of novel environmental benign “green solvents” that have remarkable new properties and promising applications in many fields, are receiving more and more attention. This paper introduced the classification and synthesizes of the room temperature ionic liquid. The physical and chem.ical properties of ionic liquid and relation between anion and cation’s structure and constituent and the properties were discussed in this paper.。