离子液体的发展历程及其应用研究

离子液体的发展历程及其应用研究

离子液体具有蒸汽压低、熔点低、稳定性高、电化学窗口宽、酸性可调等优良的特性，用途越来越广泛，近年来已成为诸多领域的研究热点。本文主要对离子液体的种类进行了划分、讲述了离子液体的发展历程，重点介绍了离子液体作为电解质，绿色溶剂，催化剂，高效液相色谱流动相添加剂等方面的应用。

标签：离子液体；发展历程；应用

1 离子液体发展史

离子液体又称室温离子液体、室温熔融盐等，是在室温或接近于室温情况下以阴、阳离子组成的熔融盐体系。

1.1 按照离子液体发展顺序和时间

追溯离子液体的发展历史，可将离子液体分为第一代、第二代和第三代离子液体。从上世纪40年代末，由美国专利报道的三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体[1]被称为第一代室温离子液体。此类离子液体主要应用在电镀领域。上世纪90年代，由二烷基咪唑阳离子和六氟磷酸、四氟硼酸阴离子构成的室温离子液体[2]，被称之为第二代室温离子液体。此类离子液体具有较好的稳定性。到21世纪，在二烷基咪唑侧链上引入不同的官能团，被称之为第三代室温离子液体。研究者可以根据不同的需求设计出具有不同功能的离子液体，使得离子液体的种类和功能变得更加完善和丰富，此类离子液体某种特殊性能和用途。

1.2 按照离子液体组成的结构

根据构成离子液体的阴离子的组成不同可分为两大类：一类是氯铝酸类离子液体（组成可调的）；另一类是组成稳定的，其阴离子主要包括（CF3SO2）2N?、BF4?、PF6?、CF3COO?、AsF6?、CF3SO3?等。根据构成离子液体的阳离子种类不同可以将阳离子分为季鏻盐类、季铵盐类、噻唑类、噻唑啉类，咪唑类、吡啶类等。

1.3 按照离子液体在水中溶解性

主要依据离子液体在水中的溶解性不同而分。还可以将室温离子液体分为憎水性离子液体和亲水性离子液体。前者如[BPy]PF6、[BMIm]PF6、[OMIm]PF6、[BMIm]SbF6等，后者如[BPy]BF4、[BMIm]BF4、[EMIm]BF4、[EMIm]Cl等。

2 离子液体的应用研究

实际上，离子液体已在很早就被发现了。早在1914年，Walden[3]首先发现熔点在12℃的硝酸乙基铵（EtNH3）NO3离子液体。在实验过程中发现硝酸乙

基铵离子液体极易发生爆炸，并没有引起人们的极大关注。到了20世纪60年代，Hurley等[4]希望合成一种低熔点的熔盐来代替热电池中的电解质时，对N-乙基吡啶溴化物氯铝酸熔盐EPy[AlCl3Br]离子液体进行了系列物化性质的测定，标志着开始系统研究离子液体。但在这以后，关于离子液体的报道很少，直到1976年，Osteryong等[5]基于对烷基吡啶氯铝酸盐离子液体系的研究，找到一种可以与苯任意比混溶的良好的烷基化反应溶剂。同一时期，还首次制备出1，3-二烷基咪唑盐类离子液体，并发现1，3-二烷基咪唑盐比N-烷基吡啶盐具有更低的电位值，此类离子液体主要应用于电化学领域中，极大程度地扩大它的使用范围。1992年，Wilkes等[6]制备出1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIm]BF4）离子液体，这种室温离子液体兼有低熔点、抗水解、稳定性强等特点，依据该类离子液体的发现，开展了大量工作。并成功地将此类离子液体用作催化反应溶剂和催化剂。使得离子液体的研究和应用成功扩展到其它诸多领域，如催化领域，功能材料和电化学领域等。在这一阶段离子液体的应用得到飞速发展。近些年来离子液体的功能化和固载化成为离子液体发展的一个重要方向，其目的是最大程度地发挥离子液体的功能。酸功能化离子液体的设计合成以及离子液体固载化是这一阶段比较有代表性的工作。研究物理性能、化学性能可调的离子液体是近年离子液体领域的研究热点[7]。

离子液体具有蒸汽压低、熔点低、稳定性高、电化学窗口宽、酸性可调及离子导电性良好等特点，可以作为电解质使用。Duffy等[8]用离子液体作为甲苯溶液的电解质，对C60、[Ru（bipy）3]2+等混合物进行电化学表征，研究表明，离子液体适合用于高阻抗体系的电解质；被广泛用于液液萃取、液相微萃取、固相微萃取等领域。离子液体具有选择性的溶解能力，与一些有机溶剂不相溶，可以提供可调的非水的极性两性体系。Matsumoto等[9]制备出复合薄膜，主要采用聚二氯乙烯与离子液体[BMIm]PF6、[HMIm]PF6、[OMIm]PF6，并研究了芳香烃苯系物在合成薄膜的通量和选择透过性。研究发现，这种离子液体合成膜可以用于芳香烃与饱和链烃的有效分离。由于氯铝酸类离子液体具有很强的酸性、可调节酸的强度等特点。Deng等[10]使用氯铝酸类离子液体作为催化剂催化醇和酸的酯化反应。由于离子液体的电导率比较高，可将离子液体作为电解质用于毛细管电泳分离。Yanes等[11]用咪唑盐离子液体分离一系列酚类化合物，得到较好的分离和重现性。由于离子液体具有很多独特的性质，可以使得离子液体成为一种独特、新型的气相色谱固定相。Armstrong等[12]采用[BMIm]Cl和[BMIm]PF6离子液体作为气相色谱固定相分离测定多种样品。Jiang等[13，14]首次利用离子液体作为高效液相色谱流动相添加剂，成功分离了麻黄碱类生物碱、苯酚类衍生物、儿茶酚胺等化合物。硅基固定相是液相色谱中最常用的固定相，由于表面的硅羟基显酸性，在分离含氮化合物时分离效果不是很好。Kaliszan等[15]研究向流动相中加入一定量的四氟硼酸咪唑盐离子液体可以隐蔽硅羟基的酸性，在其表面产生强碱性能的基质，对分离物质产生很好的效果。

3 结论

作为一种新兴的绿色溶剂，离子液体具有不挥发、不易燃、蒸汽压低、熔点低、导电性良好等独特的物化性质，已被广泛的应用于各个领域中。尽管其相关毒理和生物降解等方面的研究尚处于起步阶段，对环境的影响也缺少有效评估，

但随着对离子液体性能的深入了解，在各个领域中离子液体的应用将会不断地深化。参考文献：

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