离子液体研究现状和发展趋势

离子液体研究现状和发展趋势

离子液体（Ionic liquids）是指在常温下，其成分一般为离子对，形成无定形的液态体系。具有良好的热化学稳定性、高溶解力、低蒸汽压、无毒无味等优良的性质。因此，离子液体已经成为当今材料科学和化学领域研究的一个热点和重要课题。针对离子液体，现在主要研究其性质、合成方法和应用等方面。本文将以此为主题，介绍离子液体研究现状和发展趋势。

一、离子液体的基本性质

离子液体具有无法与常规有机溶剂媲美的优秀性质，可在广泛的领域应用。列举如下：

1、良好的热化学稳定性

离子液体中不含易挥发、易燃、有毒的挥发性有机物，不产生烟、气、灰、垃圾等污染物。在较宽的温度范围内，具有很好的化学稳定性，不受化学与环境的影响，不受氧化与水解的影响。此外，许多离子液体能承受较高的压力，不会发生爆炸等危险事件。

2、高溶解力

离子液体具有好的相容性，与广泛的物质可形成加强相互作用力，提高溶解度，且较少出现相互不相溶的现象，可在几乎所有材料中作为溶剂或反应介质使用。

3、低蒸汽压

离子液体缺少挥发有机物，不会蒸发，所以它们的蒸汽压力很小或者不存在，减少对环境的污染和对人体部位的伤害。

4、无毒无味

离子液体中化学活性的碱、酸等化学物质离子化处理，使其溶解度大大增加，有利于提高药物和催化剂的转化效率。同时，拥有较高的生物相容性和多种利用场合。

二、离子液体的合成方法

离子液体最常见的合成方法是基于离子对的前体化合物加热反应。一般需要的物质是一种阳离子和一种阴离子。这种化学反应的基本原理是通过反应将两个化学物质的离子置换，然后生成一个会稳定存在于常温下的离子对。

阳离子的合成通常采用换掉氢离子的化学反应。例如用烷（如甲基、乙基等）和一些季铵化合物在碱性催化下和交换反应. 还有的是通过高分子阳离子的溶胶态合成。高分子中的正电荷在缩水醛等化合物作用下跨链形成离子液体的分子骨架。

在阴离子方面，研究着重于可用生物质产生的廉价和环境友好型阴离子。当前最普遍的制备方法包括两步反应。首先，硼氢化物加入到各种不同醇目中生成的羟基阴离子中。然后通过酌量的氢氧化钠将其转换为离子液体。

三、离子液体的应用前景

离子液体已逐渐从基础研究向应用开发转型。

1、化工和催化

离子液体在催化反应工业化中的应用研究也日趋深入，能够从传统催化剂的制备方式中解放出来。付(t2015)首先合成了四咔唑二烷基尿素的离子液体催化剂并且将其应用于马来酸酯的生产中，得到了60-80%的收率。此外，由于离子液体对气体的吸附性能更好，可以用于气体存储还原废水处理，可大大提高效率。

2、电池

离子液体在电池领域中是一种很有前途的材料。主要应用在锂离子电池中以缓解锂离子电池的固体电解液和液体电解液之间的不兼容问题。换句话说，它可以有效促进放电和充电过程中的离子传输，提高电池的电化学性能。

3、超级电容器

超级电容器(Supercapacitors)是一种非传统的储能设备，其能量是由离子液体介质进行储存。与传统的电池(电调)能量储存通过电子的策略不同，超级电容器储存器能量通过离子传输实现。

总结

离子液体在基础研究中的探索已经取得了显著进展，现在几乎在所有的学科领域中都存在着离子液体的研究，包括物理、化学、生物、材料和应用化学等学科。未来，离子液体的进一步应用和发展是十分必要和发展趋势明显的。离子液体在未来的能源存储、制备新材料等方面都有广泛的应用前景。最终，离子液体的发展将有助于构建绿色、高效、安全、健康的未来生态。