离子液体的功能化及其应用
离子液体及其类似物在二氧化碳捕集中的设计与筛选
四、结论
3、研究离子液体及其类似物的再生和循环使用技术； 4、评估离子液体及其类似物在工业应用中的可行性和经济性。
参考内容
内容摘要
随着工业的快速发展，二氧化碳排放量不断增加，导致全球气候变化问题日 益严重。因此，二氧化碳捕集、活化及化学转化技术的研究和应用变得尤为重要。 功能化离子液体作为一种新型的萃取剂和反应介质，在这些问题中展现了优异的 应用前景。
一、离子液体及其类似物的特性
一、离子液体及其类似物的特性
离子液体是指在室温下由离子组成的液体，具有以下特点： 1、熔点低：多数离子液体的熔点在-100℃以下，有的甚至接近室温。
一、离子液体及其类似物的特性
2、稳定性好：离子液体具有较高的热稳定性，可在高温下保持稳定。 3、溶解度大：离子液体具有较好的溶剂性能，能够溶解多种有机、无机和金 属化合物。
2、讨论
2、讨论
根据实验结果，我们发现多孔液体的尺寸过吸附剂的比表面积、孔径分布和孔容等物理性质进行解释。在 较小的多孔液体中，比表面积和孔容较大，可以提供更多的活性位点来吸附二氧 化碳。此外，较小的孔径使得气体分子在吸附过程中的扩散阻力减小，提高了吸 附速率。
内容摘要
功能化离子液体具有独特的化学组成、分子结构和物理性质，使其在二氧化 碳捕集、活化及化学转化过程中发挥重要作用。首先，离子液体的阳离子和阴离 子可以与二氧化碳分子进行高效结合，从而实现二氧化碳的捕集。其次，功能化 离子液体具有较低的蒸气压和良好的热稳定性，有利于其在高温和高压条件下对 二氧化碳进行活化和化学转化。
三、离子液体及其类似物的设计策略
2、混合溶剂：将离子液体与其他溶剂混合使用，可以改善其对CO2的吸收性 能。例如，将一种疏水性离子液体与一种亲水性离子液体混合使用，可以增加离 子液体对CO2的溶解度。
离子液体在海水淡化装备中的应用效果评估
离子液体在海水淡化装备中的应用效果评估海水淡化是指将海水中的盐分去除，使之变成可供人类使用的淡水。
这项技术对于解决世界上缺水问题和提供日常用水至关重要。
目前，海水淡化领域的研究和发展取得了显著的进展，其中离子液体作为一种新兴的溶剂在海水淡化装备中的应用备受关注。
离子液体是一种无色、无毒、环保的溶剂，由离子组成，其独特的物理和化学性质使其在海水淡化过程中具有许多优势。
首先，离子液体具有较低的蒸汽压，可以减少能量消耗。
这意味着在海水淡化装备中使用离子液体作为溶剂可以有效降低加热能量的需求。
其次，离子液体具有良好的溶解性和选择性，可以有效地与盐分和其他杂质分离。
这样，离子液体可以作为一种高效的溶剂，帮助海水淡化过程中实现高盐分离效果。
在离子液体的选择方面，研究人员已经进行了大量的实验和评估。
最常用的离子液体类型是含氮离子的碱性离子液体和含磷离子的酸性离子液体。
这些离子液体具有较好的盐溶解能力和选择性，已被广泛应用于海水淡化装备中。
此外，一些功能化离子液体也被设计出来，以提高其在海水淡化过程中的效能。
例如，一种具有多种离子种类的功能化离子液体可以增强对于矿物盐的亲和力，从而提高盐分离效果。
离子液体在海水淡化装备中的应用效果已经得到了广泛的评估。
许多研究表明，与传统的溶剂相比，离子液体在海水淡化中展现出更高的盐分离效果和更低的能量消耗。
一项研究发现，使用含氮离子的碱性离子液体作为溶剂，可以获得高达99%的盐分除去率，同时能量消耗仅为传统方法的一半左右。
此外，离子液体还具有较好的稳定性和再生性，可以多次使用而不降低性能。
然而，离子液体在海水淡化装备中的应用也存在一些挑战和限制。
首先，离子液体的生产成本相对较高，这限制了其规模化应用。
目前，研究人员正在开发新的制备技术，以降低离子液体的成本。
其次，离子液体可能对环境产生影响，特别是在大量使用和排放的情况下。
为了减少对环境的潜在影响，需要更多的研究来评估离子液体的生态风险。
离子液体在药物研究中的应用
离子液体在药物研究中的应用随着药物研究领域发展的不断深入，研究者们开始思考如何更有效地研究药物分子和药物相互作用。
离子液体（ILs）作为一种新兴的界面活性剂可以在药物研究中发挥作用。
所谓离子液体，是指由仿生离子和极性非传统溶剂组成的离子混合物，其化学性质与温室效应气体氢氟酸相似。
由于其独特的结构，离子液体具有良好的溶解性和较低的毒性，使其成为药物研究领域中更受欢迎的技术手段之一。
离子液体可以用来研究药物分子的性质和功能，以更好地了解药物的特性和作用机制。
例如，离子液体可以用来分析药物结构，通过药物的溶解度分析它们的活性，以及研究药物能否分子聚集或自组装。
此外，离子液体还可以用于生物传感器的开发，以检测药物在体内的吸收、分布和新药的研发。
此外，离子液体可以用来改善药物制剂的性能，使其具有更高的药物活性和生物利用率。
例如，离子液体可以用来改善药物的溶解度和稳定性，使其能够更好地渗透组织和细胞壁。
此外，离子液体还可以用于为药物添加新的功能，例如通过调节溶剂行为增强药物稳定性或增加缓释特性。
此外，离子液体也可以用于药物评价，例如分析药物的结构、活性和稳定性，以及药物 -胞相互作用的研究。
研究表明，离子液体与溶剂相比具有更高的抗氧化性和抗腐蚀性，并且能促进药物分子的活性，可以作为一种新型的抗菌剂使用。
综上所述，离子液体可以在药物研究中发挥重要作用。
它可以用于研究药物分子的性质和功能，改善制剂性能，以满足药物研发和药物评价应用的要求。
但是，离子液体的研究也有一定的局限性，例如，由于其复杂的结构，使用离子液体可能会增加药物研发的成本和复杂性。
因此，要实现药物研究的最佳效果，研究者需要合理地考虑和审慎选择离子液体，以及加以应用，以满足药物研究领域的需求。
功能化离子液体的催化作用及其应用
功能化离子液体的催化作用及其应用
功能化离子液体是指添加了一定量有机官能团的离子液体，具有良好的溶剂性、持久的稳定性和可控的结构的液体。
由于其极佳的物理性质和可调节的结构，功能化离子液体可以用作各种反应的催化剂，广泛应用于各种反应中，具有简单、高效、安全、可控等优点，得到了广泛的研究和应用。
功能化离子液体作为催化剂可以改变反应体系的稳定性，从而降低反应温度和压力，减少反应体系中的无序性，提高反应的选择性和效率。
例如，功能化离子液体可以改变反应体系中的电子结构，从而改变反应能量曲线，降低反应活化能，尤其是在无机水溶液中，功能化离子液体可以降低反应活化能，提高反应效率。
另外，功能化离子液体的可调节性和可控性使其在多种反应中具有很强的活性，如果能够精确控制反应条件，可以实现高效催化反应。
功能化离子液体催化反应的应用是十分广泛的。
它可以用于合成有机物、无机物和细胞合成物，也可以用于制备多种有用的材料，如介孔材料、纳米粒子、氧化物材料等。
此外，功能化离子液体还可以用于生物分析和生物传感，如蛋白质表达、多糖分析、DNA测序、药物研究等。
从以上可以看出，功能化离子液体作为催化剂的优势非常明显，它的应用正在得到越来越多的研究和应用，有望成为未来发展无机催化剂的新技术。
离子液体百科全书
离子液体百科全书标题：离子液体百科全书一、引言离子液体，作为一种新型的绿色溶剂，近年来在化学、材料科学、生物技术、能源科学等领域引起了广泛的关注。
它们的独特性质，如极低的挥发性、宽的电化学窗口、高的热稳定性和良好的溶解能力，使其在众多科研和工业应用中展现出巨大的潜力。
本文将作为一部离子液体的百科全书，逐步解析离子液体的基本概念、结构特性、制备方法、应用领域以及未来发展趋势。
二、基本概念离子液体，又称室温离子液体或熔盐，是一种在室温或接近室温下呈液态的盐。
其主要由阳离子和阴离子组成，其中阳离子通常为有机阳离子，如咪唑、吡啶、季铵等，而阴离子则多为无机或有机酸根离子，如卤素、硫酸氢根、羧酸根等。
三、结构特性离子液体的特殊性质主要源于其独特的结构特性。
首先，由于其由阴阳离子构成，离子液体具有高的电导率和离子迁移率。
其次，由于其阳离子通常是大的有机分子，使得离子液体具有较低的蒸气压和极低的挥发性。
此外，离子液体的结构可设计性强，通过改变阳离子和阴离子的种类和大小，可以调节离子液体的物理化学性质，以适应不同的应用需求。
四、制备方法离子液体的制备方法主要包括直接合成法和离子交换法。
直接合成法是将含有目标阳离子和阴离子的化合物在适当的条件下反应，生成目标离子液体。
离子交换法则是先制备出一种离子液体，然后通过离子交换反应，将其中的部分离子替换为所需的离子，得到目标离子液体。
五、应用领域1. 化学反应介质：由于离子液体具有宽的电化学窗口、高的热稳定性和良好的溶解能力，被广泛用作化学反应的介质，特别是在电化学反应、催化反应和生物质转化等领域。
2. 环境友好溶剂：由于离子液体的极低挥发性和生物降解性，被视为替代传统有机溶剂的理想选择，用于各种萃取、分离和纯化过程。
3. 能源存储与转换：离子液体在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等能源设备中有着重要应用，可以提高电解质的电导率和稳定性，增强设备的性能。
4. 生物技术和药物输送：离子液体因其对生物大分子（如蛋白质、DNA）的良好溶解性和稳定性，被用于生物样品的处理和分析，以及药物的配方和输送。
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。
功能化离子液体在二氧化碳捕集、活化及化学转化中的应用共3篇
功能化离子液体在二氧化碳捕集、活化及化学转化中的应用共3篇功能化离子液体在二氧化碳捕集、活化及化学转化中的应用1功能化离子液体在二氧化碳捕集、活化及化学转化中的应用近年来，随着全球二氧化碳排放和气候变化问题的日益引起关注，人们对于二氧化碳的捕集、活化和化学转化的研究也越来越重要。
功能化离子液体是一类新型的绿色溶剂，在二氧化碳捕集、活化及化学转化中有着广泛的应用前景。
一、功能化离子液体的概念及特点离子液体是指在常温常压下，不含水的稳定离子化合物，通常是由大的有机阳离子或阴离子与小的无机或有机阴离子或阳离子相互配对形成的。
而功能化离子液体则是指加入了功能化基团的离子液体，因此其具有更加明显的物化性质和更广泛的应用领域。
以二氧化碳的捕集为例，功能化离子液体具有以下特点：1) 较高的二氧化碳溶解度：与传统有机溶剂相比，功能化离子液体具有更高的二氧化碳溶解度，从而提高二氧化碳的吸收效率和溶解速率；2) 可控的气相/液相反应：由于离子液体具有内禀的分子结构和高的热动力学稳定性，这使得它可以作为反应介质，在地球表面压力下促进二氧化碳与其他化合物的反应，进而实现二氧化碳转化；3) 与功能化基团的结构紧密相关：不同的功能化基团会影响离子液体的性质和功能，因此在选择功能化离子液体时需要根据实际需要进行合理的设计和选择。
二、功能化离子液体在二氧化碳捕集中的应用在二氧化碳捕集方面，功能化离子液体具有更高的二氧化碳吸收率和溶解度，这对于CO2捕集和封存技术有着重要的作用。
例如，目前的二氧化碳捕集技术中使用的胺类溶剂虽然能够有效地将二氧化碳吸附到液体中，但其存在氨气的气味和水分蒸发等问题，而离子液体则可以避免这些问题的出现。
此外，功能化离子液体还可以通过嵌段化学结构、表面结构调整等方式，进一步提高二氧化碳的吸收效率和选择性。
三、功能化离子液体在二氧化碳化学转化中的应用除了作为捕集剂以外，功能化离子液体还能够促进二氧化碳的化学转化，例如将二氧化碳转化为燃料或高附加值化学品，或者将二氧化碳与其他化合物反应得到新型化合物。
离子液体处理碳材料-概述说明以及解释
离子液体处理碳材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述离子液体作为一种具有特殊结构和性质的新型溶剂，在碳材料处理中展现出了巨大的潜力。
它们是一类由离子构成的液态物质，由于其独特的离子键，离子液体具有较低的蒸汽压和良好的热稳定性，以及可调控的物化性质。
这使得离子液体在碳材料处理领域具有广泛的应用前景。
离子液体的溶解能力很强，能够溶解多种碳材料，例如石墨烯、碳纳米管、炭黑等。
通过调节离子液体的配比和溶解温度等条件，可以实现对碳材料的表面结构和性质的调控，从而改变其电化学、力学和热学性能。
除了作为溶剂，离子液体还可以作为模板或反应介质来合成碳材料。
通过调控离子液体的结构和反应条件，可以合成出具有特殊结构和功能的碳材料，例如多孔碳材料、氮掺杂碳材料等。
这些具有特殊结构的碳材料在储能、催化和传感等领域具有广泛的应用前景。
另外，离子液体还可以作为碳材料的表面修饰剂。
通过将离子液体吸附在碳材料表面，可以改善其界面性能，提高其在电池、超级电容器和传感器等领域的应用性能。
总之，离子液体作为一种具有特殊结构和性质的溶剂，在碳材料处理中具有诸多优势和应用前景。
通过合理调控离子液体的结构和反应条件，可以实现对碳材料的表面结构和性能的调控，从而拓展碳材料在能源、环境和材料科学等领域的应用。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织结构和内容安排方式。
一个良好的文章结构可以使读者更好地理解文章内容，同时也体现了作者的逻辑思维和表达能力。
本文主要介绍了离子液体在碳材料处理中的应用。
本文的结构分为以下几个部分：首先，引言部分将对离子液体处理碳材料的研究背景和意义进行概述。
本部分将介绍离子液体的基本概念和特性，以及碳材料在各个领域中的广泛应用。
通过引言部分，读者可以对离子液体处理碳材料的研究领域有一个整体的认识。
接下来，正文部分将详细介绍离子液体在碳材料处理中的应用。
首先，介绍离子液体的基本特性，包括其独特的离子结构、物理性质和化学性质。
功能化离子液体的分类
功能化离子液体：分类与特性离子液体，作为一种新型的绿色溶剂，由于其独特的物理化学性质，被广泛应用于化学反应、电化学、分离过程等领域。
功能化离子液体是离子液体经过特殊设计，使其具有特定的化学或物理功能。
以下是功能化离子液体的主要分类：1. 疏水性离子液体（Hydrophobic Ionic Liquids）：疏水性离子液体是指那些碳氢链较长，与水互不相溶的离子液体。
这类离子液体在水处理、石油工业、电化学等领域有广泛应用。
2. 亲水性离子液体（Hydrophilic Ionic Liquids）：与疏水性离子液体相反，亲水性离子液体能很好地与水相溶。
这类离子液体在生物医学工程、生物传感器、电化学等领域有广泛应用。
3. 两性离子液体（zwitterionic Ionic Liquids）：两性离子液体同时具有正电荷和负电荷基团，因此具有很好的水溶性和稳定性。
这类离子液体在电化学、生物医学工程等领域有广泛应用。
4. 功能性阴离子液体（Functionalized Anionic Ionic Liquids）：这类离子液体主要通过修饰阴离子来获得特定功能。
例如，通过引入磷酸根、磺酸根等基团，可以改善离子液体的电导性和酸碱性。
5. 功能性阳离子液体（Functionalized Cationic Ionic Liquids）：通过修饰阳离子来赋予离子液体特定功能。
例如，通过引入吡啶、咪唑等基团，可以改善离子液体的配位能力和反应活性。
6. 功能性双极离子液体（Functionalized Dipolar Ionic Liquids）：这类离子液体同时含有阳离子和阴离子，并且具有较高的极性。
功能性双极离子液体在电化学、分子识别等领域有广泛应用。
7. 季铵盐型离子液体（Quaternary Ammonium-Based Ionic Liquids）：季铵盐型离子液体是由季铵盐阳离子和有机或无机阴离子构成的离子液体。
离子液体作为催化剂在傅克烷基化反应中的应用进展
离子液体作为催化剂在傅克烷基化反应中的应用进展摘要:离子液体由于具有特殊的性质，包括挥发性低，极性大，良好的热稳定性，通过调整阴阳离子具有不同的溶解性等特点，已经作为绿色催化剂应用于傅克烷基化反应。
与传统催化剂反应相比，离子液体后处理简单且回收后可多次重复使用。
本文综述了离子液体作为催化剂在傅克烷基化反应中最新研究成果。
关键词：氯铝酸盐离子液体；功能化离子液体；傅克烷基化反应Progress of ionic liquids catalyzing in Friedel-Crafts alkylation reactionsAbstract: Ionic liquids have special properties, including low volatility, big polarity, good thermal stability, with different solubilities by adjusting ions, and has been used as a green catalyst for Friedel-Crafts alkylation reaction. Compared with the conventional catalyst, the ionic liquids are simple post-processing, recovered and can be used repeatedly. This paper reviews latest research results of the ionic liquids as a catalyst in the Friedel-Crafts alkylation.Key words:Chlorine aluminate ionic liquids; functional ionic liquids; Friedel-Crafts alkylation reaction引言离子液体，又称为室温离子液体、室温熔融盐(熔点一般<100 ℃)，是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温或近室温下呈液态的盐类化合物。
离子液体 纳米材料
离子液体纳米材料
离子液体是一种特殊的盐类化合物，其特点是在常温下呈液态状态。
它们通常由大型有机阳离子和小型无机阴离子组成，因此具有较低的熔点和较宽的电化学窗口。
离子液体具有优异的化学稳定性、热稳定性和电化学活性，因此在催化、溶剂、电化学、绿色化学等领域具有广泛的应用前景。
纳米材料是指至少在一维尺度（纳米级别）上具有特定结构和特殊性质的材料。
常见的纳米材料包括纳米颗粒、纳米线、纳米管等。
由于其特殊的尺寸效应、表面效应和量子效应，纳米材料表现出与其宏观对应物质不同的物理、化学和生物学特性。
纳米材料在材料科学、纳米技术、生物医学、能源储存等领域具有广泛的应用前景。
离子液体与纳米材料之间存在着密切的关联。
离子液体作为一种优秀的溶剂，可以被用于纳米材料的合成、修饰和分散，有助于调控纳米材料的形貌、尺寸和性质。
同时，一些离子液体本身也具有纳米结构，例如离子液体液晶，这些离子液体纳米结构也展现出了一些特殊的性质和应用潜力。
另外，离子液体与纳米材料的复合体系也得到了广泛的研究，这种复合体系往往能够兼具离子液体和
纳米材料的优异性能，拓展了它们在催化、传感、能源等领域的应用。
总的来说，离子液体和纳米材料都是当前材料科学和化学领域备受关注的研究热点，它们之间存在着多种关联和相互作用，相信在未来会有更多的新颖研究和应用涌现出来。
绿色溶剂(ILs,3)
-
Kitaoka S, Nobuoka. Commun., 2004, 1902~1903.
反应实例（3）：手性离子液体
By combining the advantages of organocatalysts and ionic liquids,a functionalized chiral ionic liquid such as 1 can act as a highly efficient and reusable organocatalyst for the asymmetric Michael addition reaction of ketones and aldehydes with nitroalkenes
N BF4N R
R
[AMIM-X-]
[MIM]
[AMIM-BF4-]
KX/HX
N
N
PF6R
[AMIM-PF6-]
Jairton Dupont, Roberto F. de Souza, and Paulo A. Z. Suarez, Chem. Rev. 2002, 102, 3667-3692
Problems of Ionic Liquids
离子液体中的丁烯聚合和烷基磷酸酯 合成已经产业化；
PhP(R1)Cl + R2OH
N N +
BASIL反应器
PhP(R1)(OR2) + HCl
HCl N N H Cl-
Melting point = 75 oC
30升BMImCl的合成装置
离子液体功能化—高密度
人为控制离子液体性质的典
型实例是2004年Shreeve等在认真
离子液体作为溶剂
离子液体作为溶剂概述【1】离子液体（IonicLiquid）是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温下呈液态的有机盐，通常可称为室温离子液体（Room-temperatureIonicLiquid）。
离子液体作为一种新型的极性溶剂，几乎没有蒸汽压、不可燃性、非挥发性、良好的化学稳定性和热稳定性、可循环利用及对环境友好，故称之为“绿色”化学溶剂，可以用来代替传统的易挥发有毒溶剂。
此外，离子液体的高极性、疏水性及溶解性等均可以通过选用不同的阴阳离子和侧链取代基而改变，故又称之为“设计溶剂”（Designedsolvents）。
离子液体被认为是21世纪最有希望的绿色溶剂和催化剂之一，已应用于生物催化、分离科学及电化学等诸多领域。
分类【1】离子液体种类繁多，目前，其分类方法有3种，根据阳离子不同，主要分为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体等；根据阴离子不同，主要分为AlCl3型离子液体，非AlCl3型离子液体及其他特殊离子液体；根据酸碱性不同，分为酸功能化离子液体、碱功能化离子液体及中性离子液体。
1.AlCl3型离子液体AlCl3型离子液体可通过调节AlCl3与有机季铵盐的比例，生成具有L酸、L碱等的离子液体。
它主要应用于电化学反应中，如烷基化、异构化、酰基化等反应。
2.非AlCl3型离子液体非AlCl3型离子液体对水和空气都较稳定，具有较好的酸催化活性。
但是其酸性强度不如前者，因此，需要加大离子液体用量以增大收率。
此类离子液体比较常见的阴离子有：卤素离子，BF4-，PF6-,HSO4-,H2PO4-,AlCl4-,CFESO3-,CH3CH(OH)COO-等，它们比前者具有更宽广的应用范围。
3.特殊离子液体除上述常用的普通离子液体外，人们还不断的研究设计出了许多功能化离子液体。
特点【1】1.非挥发性。
与传统有机溶剂相比，离子液体的蒸汽压接近零，可用于真空体系进行反应，不易挥发氧化，减少了因挥发而导致的环境污染问题；2.溶解性能良好。
阴离子功能化离子液体的合成及性质研究
阴离子功能化离子液体的合成及性质研究离子液体是近年来发展起来的一种新型液体，它具有很强的物理化学性质和广泛的应用价值。
其中，阴离子功能化离子液体则是一种新型离子液体，其在分离、催化、识别等领域有着广泛的应用。
如何合成合适的阴离子功能化离子液体，并探究其性质，一直是离子液体领域研究的重要方向。
一、阴离子功能化离子液体的合成方法阴离子功能化离子液体的合成需要考虑到阴离子的性质和反应特点，常见的方法包括烷基化、酰胺基化、磺酸化、磷酸化等。
其中，烷基化法是比较常用的方法，可以通过共价键或离子键反应实现。
以烷基化为例，若以草酸柠檬酸作为原料，通过催化剂反应可以得到阴离子功能化离子液体，其中的羧基可以起到催化剂的作用，同时阴离子功能化后具有较好的生物相容性。
值得注意的是，反应条件对于阴离子功能化离子液体的性质有较大影响，例如反应温度、反应时间、催化剂种类等。
二、阴离子功能化离子液体的性质研究阴离子功能化离子液体作为新型离子液体，其性质研究具有重要意义。
通过对其物理化学性质、生物活性等方面的研究，可以有效地推动离子液体领域的发展和应用。
1.物理化学性质阴离子功能化离子液体常常具有良好的热稳定性、化学稳定性等优良性质。
利用这些性质，科研人员可以将其应用于气体吸附、分离、催化等领域。
例如，利用阴离子功能化离子液体的表面性质，可以将其包覆在纳米材料表面，从而提高其分散性和稳定性。
2.生物活性阴离子功能化离子液体具有的生物相容性较强，可以作为新型的药物递送系统。
在药物递送领域，研究者可以将药物包覆在阴离子功能化离子液体中，实现药物的定向输送和释放，从而提高药物的疗效和生物利用度。
3.环境友好性由于阴离子功能化离子液体具有较强的稳定性和可再生性，因此被认为是一类环境友好的物质。
在化学反应和废水处理等领域，阴离子功能化离子液体可以起到较好的协同作用，使得反应效率更高，同时降低了废水中化学污染物的含量。
三、结论阴离子功能化离子液体是近年来发展壮大的一种新型离子液体，其在分离、催化、识别等领域有着广泛的应用潜力。
离子液体 空穴传输层
离子液体空穴传输层全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：离子液体空穴传输层（Ionic Liquid Hole Transport Layer）是一种新型的材料，被广泛研究和应用于有机光伏领域。
离子液体的独特结构和性质赋予其在光伏器件中作为空穴传输层的优势。
本文将详细介绍离子液体空穴传输层的特点、制备方法以及在有机光伏领域的应用。
一、离子液体的特点离子液体是一种由阳离子和阴离子组成的离子化合物，在常温下呈液态态，具有良好的电解质性质和热稳定性。
离子液体的结构可以通过合理设计实现调控，从而获得不同的性质。
离子液体具有较低的挥发性、高的电导率以及广泛的溶解性等优点，在能源领域、催化领域等方面有着广泛的应用。
二、离子液体空穴传输层的制备离子液体空穴传输层的制备通常通过溶液旋涂、真空沉积等方法进行。
选择合适的离子液体作为材料，溶解于有机溶剂中形成一定浓度的溶液。
然后将溶液通过溶液旋涂的方式涂覆到基底材料上，在加热退火过程中使得离子液体形成均匀连续的薄膜。
最后将薄膜经过后续处理，例如洗涤、烘干等步骤得到最终的离子液体空穴传输层。
三、离子液体空穴传输层在有机光伏领域的应用离子液体空穴传输层作为有机光伏器件的关键组成部分，起到传输电荷空穴、提高光伏器件的效率等重要作用。
在有机光伏器件中，传统的PEDOT:PSS等空穴传输层存在导电性能差、机械性能差等问题，而离子液体空穴传输层由于其优异的电导率、稳定性等特点可以弥补这些不足。
离子液体空穴传输层可以通过优化其结构设计来提高光伏器件的性能。
通过改变离子液体的结构和组成，可以调控其能级位置和电导率，从而提高器件的光电转换效率。
离子液体空穴传输层还可以与其他功能材料结合使用，形成复合结构，进一步提高器件的性能。
第二篇示例：离子液体（Ionic liquids）是一种具有独特性质的液体材料，由离子组成的液态盐。
其具有优异的导电性、热稳定性和化学惰性等特点，在许多领域得到广泛应用。
离子液体在酯化反应中的应用
2010年 成都华西化 工研究所将 离子液体技 术应用于工 业烟气治理 脱硫率超过 99.5%
三、离子液体在酯化反应中的应用 1、采用咪唑鎓盐催化乙酸仲丁酯酯交换反应制备仲丁醇
Hongxing Wang etc合成了五种咪唑离子液体，[BMIM]HSO4、[HSO3BMIM]HSO4、[HSO3-PMIM]HSO4、[HSO3-PMIM]p-TSA、[HSO3-PMIM]CH3SO3， 对它们催化乙酸仲丁酯与甲醇酯交换反应制备仲丁醇的催化活性进行了探索，其 中，1-(3-磺丙基)-3-甲基咪唑硫酸氢盐([HSO3-PMIM]HSO4)的催化效果最好。
H0值：[HSO3-PMIM]HSO4>[HSO3-BMIM]HSO4>[HSO3-PMIM]p-TSA > [HSO3-PMIM]CH3SO3> [BMIM]HSO4 活性：[HSO3-PMIM]HSO4>[HSO3-BMIM]HSO4>[HSO3-PMIM]p-TSA > [HSO3-PMIM]CH3SO3>[BMIM]HSO4
4、微波辅助多磺酸基功能离子液体催化制备辛酸甲酯
Huan Du etc在微波辐射下，对一系列多磺酸基功能离子液体催化制备辛酸 甲酯的催化活性进行了研究，通过对不同离子液体进行分析，N,N,N,N-四丙磺酸 环六亚甲基四胺四硫酸氢盐[Tshx][HSO4]4表现出最高的活性和优良的重复利用性 能。最佳反应条件如下，催化剂用量0.3mmol，醇酸摩尔比7:1，反应温度80℃， 微波功率400W，反应时间35min，辛酸甲酯收率达到96.2%。
四、离子液体的发展趋势
多功能
高效催化
固定化
低成本
5、固定化离子液体催化制备脂肪酸酯
Majid Vafaeezadeh etc 将1-苯-3-甲基咪唑磺酸氢盐固定在二氧化硅凝 胶表面，用于催化制备脂肪酸酯。与均相离子液体催化体系相比，该催化 剂在催化脂肪酸和乙醇的酯交换反应中表现出非凡的催化活性。在合成过 程中，获得了较高的甲酯收率，催化剂可以通过简单的过滤步骤从反应混 合物中分离出来。 Jinbei Yang etc合成了三种 固载化离子液体并进行表征。对 乙二醇和乙酸通过酯交换反应制 备乙二醇二乙酸酯过程的催化活 性进行了研究。在它们中间， [Silica-Ps-im]HSO4表现出最好的 活性，且重复利用性较好。在最 优反应条件下，乙二醇转化率达 到100%，乙二醇二乙酸酯收率 达到99.14%。
功能化离子液体
功能化离子液体功能性离子液体是一种具有特殊功能和高度可控性的液体。
它由离子组成，通常由一个阳离子和一个阴离子组成。
这些离子之间的相互作用力较弱，因此离子液体具有低熔点、高电导率以及广泛的溶解能力等特点。
在功能性离子液体中，通过改变离子的组成和结构，可以调控其化学性质和物理性质，使其在各个领域具有多种应用。
功能性离子液体在化学领域具有广泛的应用。
由于其良好的溶解能力和反应性，可以作为催化剂和溶剂来进行有机合成反应。
同时，功能性离子液体还可以作为催化剂的载体，提高催化剂的稳定性和重复使用性。
与传统的溶剂相比，功能性离子液体对环境的污染更小，因此在绿色化学中得到广泛应用。
此外，功能性离子液体在能源领域也有重要的应用。
由于其高电导率和低蒸汽压，可以用作电解质来制备高效的锂离子电池和超级电容器。
与传统电解质相比，功能性离子液体具有更宽的电化学窗口，可以扩大电池的工作电压范围，提高电池的能量密度和功率密度。
功能性离子液体还在材料科学中发挥重要作用。
借助其良好的溶解性能和可控的物理化学性质，可以制备功能性薄膜、纳米颗粒和纳米复合材料等。
在光电器件中，功能性离子液体也被用作电子传输层、电解质和杂化太阳能电池等关键组成部分。
此外，功能性离子液体还可以用于涂层、液晶显示器、生物医学材料和光催化等领域。
近年来，随着功能性离子液体的研究和应用的不断深入，各种新型的功能性离子液体也不断涌现。
例如，通过在离子液体中引入功能性基团，可以进一步拓展其应用领域。
同时，利用超分子化学的原理，可以构筑自组装的功能性离子液体，从而增加其稳定性和选择性。
尽管功能性离子液体在多个领域具有广泛的应用，但其合成和制备仍然面临一些挑战。
例如，一些功能性离子液体的制备成本较高，离子液体的稳定性和可重复性也需要进一步提高。
此外，功能性离子液体的环境和毒性影响仍然需要深入研究。
总之，功能性离子液体作为一种具有特殊功能和高度可控性的液体，在化学、能源和材料等领域具有广泛的应用前景。
阴离子型聚离子液体
阴离子型聚离子液体
1. 阴离子型聚离子液体的结构
阴离子型聚离子液体通常由阴离子(如卤化物离子、四氟硼酸根离子等)和聚阳离子(如聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺等)组成。
聚阳离子可以是线性、支化或者交联结构。
2. 阴离子型聚离子液体的性质
阴离子型聚离子液体兼具离子液体和聚合物的特性,具有良好的离子传导性、热稳定性和化学稳定性。
同时,由于引入了聚合物链段,它们还具有优异的机械性能和可加工性。
3. 阴离子型聚离子液体的应用
阴离子型聚离子液体在电化学储能器件、功能膜材料、离子液体/聚合物凝胶、离子液体/聚合物复合材料等领域有着广阔的应用前景。
例如,它们可以作为锂离子电池的固体聚合物电解质;也可以用作气体分离膜材料。
阴离子型聚离子液体作为新型功能材料,受到了广泛的关注和研究。
通过改变阴离子和聚阳离子的结构,可以调控其物理化学性质,从而拓展其应用范围。
离子液体改性纤维素的合成及应用
离子液体改性纤维素的合成及应用离子液体改性纤维素是一种通过在纤维素的分子结构中引入离子液体来改善其性能的方法。
纤维素是一种常见的天然聚合物，具有丰富的来源和良好的生物降解性。
然而，纤维素的应用受限于其溶解性和构象性质。
离子液体作为一种新型的溶剂和功能材料，具有独特的性质和广泛的应用潜力。
通过将离子液体引入纤维素的分子结构中，可以改变纤维素的溶解性、热稳定性、机械性能等性能，拓展了纤维素的应用领域。
下面将详细介绍离子液体改性纤维素的合成方法和应用领域。
一、离子液体改性纤维素的合成方法1. 离子液体溶解纤维素：最常见的方法是将纤维素与合适的离子液体混合，并在适当的温度下进行搅拌。
离子液体可以使纤维素的结晶性降低，增加其溶解性。
随后，通过溶剂的蒸发或其他方法将离子液体中的纤维素沉淀出来。
2. 离子液体修饰纤维素：可以通过在纤维素的结构中引入离子液体基团来实现离子液体的修饰。
一种常用的方法是合成具有离子液体性质的功能单体，然后将其与纤维素反应，使离子液体基团与纤维素共价结合。
3. 离子液体交联纤维素：将离子液体引入纤维素的分子结构中，可以形成交联结构，从而改变纤维素的性能。
一种常用的方法是在纤维素溶液中加入离子液体，并通过化学反应或物理交联的方式使其形成稳定的交联网络。
二、离子液体改性纤维素的应用领域1. 生物医学领域：离子液体改性的纤维素具有优异的生物相容性和生物可降解性，可用于制备生物医学材料，如药物缓释系统、组织工程支架等。
离子液体还可以提高纤维素的溶解性，有助于纤维素基材料的组装和加工。
2. 环境保护领域：离子液体修饰纤维素可用于制备吸附材料，提高对污染物的吸附能力。
例如，将离子液体修饰的纤维素用于水处理可以有效去除重金属离子和有机污染物。
3. 功能纤维制备：离子液体改性纤维素可用于制备具有特殊功能的纤维材料。
例如，将离子液体引入纤维素分子结构中，可以提高纤维的表面活性，使其具有液体阻力、抗菌、阻燃等特殊功能。
离子液体在稀土萃取分离中的应用
Eu (NO 3 ) 3∙3 [ A336 ] P204 org
(8)
P204 基功能化离子液体中阳离子还影响萃取
剂 对 稀 土 元 素 的 分 离 系 数 。 Sun 等[59] 合 成 了
[N4444]P204、[N1888]P204 以及[P66614]P204 萃取剂，并分
别以[C6mim]NTf2 和对二异丙苯为稀释剂考察了从
+
[N4444] + > [N6666] + > [N8888] + ，但分离系数次序为[N2222] + <
[N4444] < [N8888] < [N6666] ，与非功能化离子液体为稀释
+
+
+
剂时的顺序相反，说明稀释剂影响 P204 基功能化离
子液体对稀土元素的分离系数。不仅如此，P204 基
图3
Fig.3
[C6mim]NTf2 纯体系中的分配系数（约 10-2）。Sun 等[5]
该功能化离子液体对 Eu3+的分配系数远高于 P204 及
[A336]Cl-P204 体系，通过斜率法分析得出萃取机理
如式（8）所示，
萃取配位原理示意图如图 3 所示。
Eu 3aq+ + 3NO -3aq + 3 [ A336 ] P204 org
6 mol/L。将 P507 合成为功能化离子液体后，负载相
以及 Dong 等[61] 的研究均证实了此观点。Dutta 等[62]
研究表明[N1888]P507 负载相中的 Gd 用 50℃的去离子
水洗脱的单级效率达到 47%，Quinn 等[63-64] 研究表明
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中国科学 B 辑 化学 2006, 36 (3): 181~196 181离子液体的功能化及其应用李雪辉①赵东滨②③*费兆福②* 王乐夫①(①华南理工大学化学工程系 广东省绿色化学产品技术重点实验室, 广州 510640; ②Swiss Federal Institute of Technology,Lausanne, EPFL, CH-1015 Lausanne, Switzerland; ③北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871)摘要 综述了近年来功能化离子液体的设计开发以及在多领域内的应用, 其中包括“双功能化“离子液体的设计和制备. 离子液体—— 以绿色介质出现的新材料, 其应用研究的潮流和趋势, 随着功能化研究的发展, 将超越绿色化学的领域, 为其在众多领域的应用开拓出更广阔的前景. 关键词 离子液体 功能化离子液体 双功能化离子液体 反应介质 不对称合成 纳米材料多孔材料 润滑剂 烟道气脱硫 油品脱硫收稿日期: 2005-07-27; 接受日期: 2005-11-27*联系人, E-mail: dongbin.zhao@epfl.ch , zhaofu.fei@epfl.ch1 引言20世纪90年代后期兴起的绿色化学, 是从源头清除污染的一项措施, 它为人类解决化学工业对环境的污染, 实现经济和社会可持续发展提供了有效的手段[1]. 目前在化学工业中大量使用的有毒、易挥发的有机溶剂由始至终都违背着绿色化学的理念. 在寻找有机溶剂的替代品时, 人们发现离子液体具有高热稳定性、可忽略的蒸气压、宽的液态温度区间、可调控的对极性及非极性物质的良好溶解性[2], 它能够替代传统有机溶剂介质进行化学反应(特别是催化反应), 从而实现反应过程的绿色化, 因此离子液体的研究得到了迅猛的发展[3~14]. 咪唑类离子液体与过渡金属催化剂形成卡宾配合物[15,16], 以及离子液体稳定纳米粒子的实验证据[17], 为解释离子液体体现出和传统溶剂不同的特性提供了理论依据. 离子液体的物理化学性质研究可为这些理论探讨提供基础数据, 目前已经成为离子液体研究领域的另一热点[18]. 现今越来越多的离子液体被商业化, 不断有新型离子液体诞生, 并在催化科学、材料科学、分离技术等领域里得到应用[19]. 按统计学推测, 根据阴阳离子的不同组合, 离子液体的种类可达到1018, 而目前有机溶剂却只有300~400种, 离子液体家族成员如此庞大的数量, 暗示着其开发应用的广阔前景.以往大部分的离子液体研究集中在以咪唑为阳离子骨架, 带有饱和烷烃的离子液体上. 然而, 由于离子液体的诸多性质, 如熔点、黏度、密度以及溶解能力都能通过改变离子液体的结构而得到调整; 因此, 理论上我们可以通过这种做法来优化特定的反应. 寇元率先提出将离子液体功能化的思路: 将功能团引入到离子液体的阳离子或阴离子上, 这些功能团赋予了离子液体专一的特性而与溶解于其中的溶182中国科学B辑化学第36卷质产生相互作用, 最终实现过程的优化[5]. 例如, 传统的酸性离子液体都是基于AlCl3 Lewis酸, 尽管有较强的酸性[20], 但存在着不稳定的弊端, 使得回收循环成为问题[21~23]. 离子液体的酸性也可以通过在阳离子上接上稳定的羧酸或磺酸类质子酸实现, 这种离子液体已经被成功地用做了酯化反应或其他反应中的酸性催化剂和反应介质[24~26]; 同时, 也出现了直接将HX和1-甲基咪唑加成为质子化离子液体的报道[27]. 又如, 由于咪唑类离子液体不适合有活泼金属(如钠或钾)或者强碱参与的反应, 有研究者也开发了基于膦阳离子的离子液体而成功地作为Grignard反应的反应介质[28].目前, 大多数的功能化离子液体的研究集中在对阳离子的功能化上, 一个重要的原因是对阳离子的功能化可以一步完成, 因此实现功能化比较简便. 然而, 在阳离子被功能化以后, 离子液体往往出现熔点以及黏度增加的现象. 而其中黏度对于大规模化学过程以及太阳能染料电池的应用是至关重要的. 人们发现, 将阴离子进行功能化以后, 某些离子液体的黏度不升高, 反而有下降的趋势. 近期研究结果显示, 当对离子液体的阴离子进行不对称含氟碳链功能化以后, 所得到的离子液体的黏度大幅度下降. 在离子液体研究领域, 阴离子是影响离子液体性质的一个决定性因素的观点已被广泛认同. 但关于阴离子功能化的工作报道却少之又少. 跟阳离子功能化的离子液体相比, 目前只有为数不多的双功能化离子液体报道出现. 对离子液体的阴离子进行功能化的一个难点是反应往往需要多重步骤和较严格的有机合成技巧, 同时, 对阴离子结构与离子液体物理性质间关系的了解缺乏, 也是阴离子功能化研究滞后的一个原因.目前已经有很多关于离子液体的综述和专著出版[29~40], 但仍缺乏专门从功能化角度探讨离子液体的论述. 本文将以功能化离子液体为主题, 全面阐述功能化离子液体的制备, 并着重讨论功能化离子液体在各领域内应用的最新进展, 比如做为环境友好和绿色反应介质、纳米粒子稳定剂、金属有机离子液体、多孔介质、表面修饰、机械润滑剂、油品和烟气脱硫. 虽然研究者开发离子液体的初衷是想得到一种清洁的绿色介质来替代有机溶剂, 但随着研究的深入, 离子液体, 特别是功能化的离子液体, 将逐渐渗入到更广阔的领域, 并有潜力得到大规模的工业应用.2 离子液体的功能化制备功能化离子液体最常见的方法是: (ⅰ) 将1-烷基咪唑和带有功能团的卤代烷进行季铵化反应而得到高产率的具有功能化的离子液体卤盐前体; (ⅱ) 将咪唑先用HNa或者HK去质子化, 再和双倍当量的功能团卤代烷反应; 或者1 mol/L 1-(三甲基硅咪唑)和2 mol/L功能团卤代烷反应, 得到1, 3-双功能化的咪唑卤盐[41,42]. 大多数阳离子功能化都可以通过这个方法实现[43~57]. 图1列出了已报道的在咪唑基团上进行功能化的离子液体. 值得注意的是这些离子液体的主干咪唑盐是相对惰性的, 而其上的功能团可以继续发生反应而形成新的功能化离子液体.含有功能化基团的卤盐前体, 可以和含目标离子液体阴离子的碱金属(钠, 锂等)盐进行离子交换反应而得到低熔点的离子液体. 卤化碱金属作为副产物从反应体系沉淀出来. 然而, 要完全把卤化碱金属盐沉淀出来是非常困难的. 残留在离子液体中的卤素阴离子将在一定程度上影响离子液体的物理和化学性质, 比如卤素阴离子可促成催化剂中毒[58,59]. 因此, 出现了一些制备无卤素离子液体的合成方法. 例如, 采用内盐转化可以制备无卤素离子液体[60].除了广泛采用的咪唑类离子液体, 离子液体家族还包括以吡啶、哒嗪、1,2,4-三唑、三氮杂苯、膦、月青等为骨架的离子液体[61~66]. Shreeve等人开发了许多具有特异性阳离子的离子液体. 同时, 以手性不对称结构[67~71]、硫[72]、季铵盐[73,74]、膦[75~77]等为阳离子的离子液体也相继出现(图2).值得注意的是, 尽管构成离子液体的阳离子化学结构多种多样, 但其前体以及本身的制备过程都必须使用非绿色的化工原料和大量有机溶剂, 也就是说, “绿色介质”——离子液体本身的制备过程是非绿色的. 最近寇元小组报道了第一例源自生物可再生材料的离子液体[78]. 研究中采用了取自自然界的α-氨基酸以及α-氨基酸酯进行质子化构成离子液体阳离子部分, 与多种阴离子组合构成两类新的离第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 183图1 已见报道的咪唑基的阳离子功能化离子液体子液体家族. 这样的离子液体和传统的离子液体相比, 具有三大优势: (ⅰ) 具有生物可再生以及生物可降解的绿色特点; (ⅱ) 前体生物质的手性中心能够保持; (ⅲ) 在此离子液体上可继续进行功能化改性. 此类离子液体的研究开发代表了新一代“更绿色”的离子液体的发展趋势.184中国科学 B 辑 化学第36卷图2 非咪唑阳离子型功能化阳离子功能化阴离子的离子液体则鲜有报道, 且大多数都是集中在采用已经存在的具有功能团的阴离子(图3), 例如多种过渡金属氧化物阴离子[79], 氨基酸以及羰基过渡金属阴离子[80~84]. 一些具有烯功能团的离子液体阴离子被报道应用于聚合物材料的制 备[85,86]. 最近, 还出现了以三氮杂茂骨架为阴离子的离子液体的报道[87~89]. 尽管这样的离子液体具有很高的熔点和黏度, 但却有着用作能源材料的潜力.第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 185Zhou 采用一种优化的方法制备了一系列全氟烷基取代的三氟化硼[R f BF 3]−盐. 将[R f BF 3]−盐与咪唑卤盐进行离子交换, 可得到一系列超低黏度的离子液 体[90,91]. 二氧化硒SeO 2与0.5当量的K 2CO 3在甲醇里生成[KSeO 2(OCH 3)]. 此钾盐与咪唑卤盐进行反应将得到硒盐的离子液体. 此种硒盐和HOCH 2CF 3反应所得到的新离子液体黏度可低至15 cP, 可用作芳香氨的氧化烷基化反应的溶剂[92]. 最近, 我们制备了一系列的构架于不对称阴离子的双功能化离子液体[93]. 该离子液体的制备是通过先制取含有功能团的BF 3钾盐, 继而和不同的咪唑卤盐进行阴离子交换反应. 近期, 另一种含高氟化阴离子的离子液体的报道出现, 此离子液体可部分溶解于非极性溶剂而作为α-烯烃催化反应的反应介质[94].图3 常见的功能化阴离子值得注意的是, 尽管有大量功能化离子液体的报道, 但对这些离子液体的物理性质的系统研究却较少. 目前还未出现从机理上探讨功能团被嫁接到离子液体上对离子液体物化性能影响的报道.3 功能化离子液体作为催化反应介质离子液体的设计与制备需要相当的有机合成知识, 在用作催化反应的介质时, 则更需要对离子液体特性与催化反应机理的深入理解, 相关离子液体的理论化学研究也因此广泛开展[95~99]. 针对传统非功能化离子液体分子结构与性能的关系及对催化的影响, Dyson 小组[100~110]进行了大量的工作. 近年来, 不断涌现出新的功能化离子液体, 其独特的性能被应用于专门的催化反应.3.1 离子液体-配合物催化剂相互作用: 实现催化剂在离子液体中的固定化设计具有功能团的离子液体, 使之在催化反应中扮演反应介质和催化剂固化剂的双重角色, 对催化体系的设计具有非常现实的意义: 即大大降低催化剂从离子液体的流失, 这对使用昂贵过渡金属催化剂以及昂贵配体的反应, 其意义就更为明显. 传统的非功能化离子液体的配位性是非常弱的. Shreeve 研究小组设计了一种具有配位能力的离子液体并且用于Suzuki 反应中, 结果证实在催化体系可重复使用10次以上而未见明显的催化剂失活[111]. 此时催化剂成了离子液体的组成部分, 因此在反应结束分离产物时可大大降低催化剂的损失.一个更有效的体系是采用在吡啶CN 功能化的离子液体(图4)[112]. 在钯催化的碳-碳偶合反应中(Suzuki 反应, Stille 反应) , 跟传统非功能化离子液体相比, 功能化的离子液体表现出更高的活性并且催化体系能重复使用9次以上(图5). 采用等离子体光谱对反应产物中钯催化剂进行催化剂流失测定, 结果证实从非功能化离子液体分离的产物中钯催化剂浓度超过100 mg/L, 而功能化离子液体中低于10 mg/L. 另外, 一种环已二烯功能化的离子液体也成功地固定了钌催化剂用于相转移氢化反应[113].图4 采用CN 功能化离子液体实现催化剂固定化186中国科学B辑化学第36卷图5 CN功能化的离子液体与非功能化离子液体Stille反应循环实验结果CN功能化的离子液体在甘油化反应中也表现出对反应中间体的稳定作用(图6)[114]. 研究者推测被嫁接到咪唑阳离子上的CN基团和反应中的阳正离子发生配位作用, 从而提高了反应的立体选择性.图6 CN功能化离子液体中的甘油化反应3.2 手性离子液体与不对称合成在传统离子液体中进行不对称合成的研究工作已经开展很久[115~117], 且目前类似的工作仍在继续进行[118], 在这些研究中, 手性的催化剂或手性配体是必不可少的. 手性离子液体诞生的目的是显而易见的, 即在手性离子液体中实现不对称合成, 并期望在不使用昂贵的手性配体条件下得到高不对称选择性. 目前制备手性离子液体的方法是多种多样的, 但基本都是以手性化合物为前体, 例如含手性阴离子的碱金属盐, 或通过咪唑前体烷基化反应等实现[119,120].利用手性离子液体进行不对称催化的研究目前发展非常迅速. 例如不对称Baylis-Hillman反应在手性离子液体参与下, 对映体选择性得到明显提高(图7)[121].图7 以手性离子液体为介质的不对称Baylis-Hillman合成在较新的一篇报道中, 研究者制备了6种手性离子液体并直接用作dibenzobicyclo[2,2,2]octatrienes的光诱导异构化[122]. 实验结果显示最终产物的对映体选择性可达到12%. 反应底物和手性离子液体间的相互作用被推测为手性离子液体诱导而产生不对称产物(图8).值得注意的是, 以手性分子溶剂来诱导不对称合成的思路早在70年代就已经提出, 但已被大量的研究结果证明无法实现高的对映体选择性[123~126]. 手性离子液体作为新一代的反应介质, 其手性离子与反应物间可产生相互作用, 这是与传统手性分子溶剂不同的地方, 因此有可能诱导出一定的对映体过量产物. 但是, 应该看到, 目前通过这种办法获得的对映体选择性仍是非常低的, 远远无法满足应用的要求. 所以如何利用手性离子液体参与不对称合成而得到专一的对映体产物, 这依然是研究者需要努力解决的问题.4 从离子液体到多孔材料具有沸石类结构的多孔材料一般采用在密闭的反应釜内高温高压进行水溶液反应制取(水热合成)[127]. 反应体系需要有机模板例如铵盐, 膦盐或分子溶剂来引导合成按指定路线进行. 由于离子液体的低蒸气压, 在其中进行的合成反应可在常压中进行, 同时, 离子液体拥有可循环性.首例以离子液体为模板剂, 在水中合成多孔材料的报道见于2001年[128]. 研究中只是少量地使用了离子液体(咪唑类), 而液相绝大部分是由水构成. 紧第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用 187图8 手性离子液体为介质的光异构化反应接着第二年, 出现了以离子液体作为溶剂和模板剂合成多孔材料的报道[129]. Cu(NO 3)2·3(H 2O)与bpp [1,3- bis(4-pyridyl)propane]在[bmim]BF 4中140℃反应3天得到分子式为[Cu(I)(bpp)]BF 4的配位聚合物. 离子液体中的阴离子成为了反应模板, 决定了产物的多孔结构(图9). 为了和水热合成法相区别, 这种利用离子液体作为溶剂和模板剂的方法被定名为“溶热法”.图9 离子液体“溶热法”制备多孔材料另外, [emim]Br 被用作溶剂和模板剂构成制备一系列的沸石类多孔材料[130]. 一种氯化胆碱和尿素的共熔物也被用作溶剂从Al(OiPr)3和H 3PO 4制备多孔材料. 反应中生成Al-O-P 的网络结构, 由尿素部分降解得到的NH 4+离子成为模板剂引导产物的结构, 并且平衡电荷. 这种由离子作为模板剂且又起到平衡电荷作用的制备过程被定名“离子热法”.在较新的一篇报道中, 氯化维生素B 复合体(choline)与尿素共熔盐被用作制备含锌配合聚合 物[131]. Zn(NO 3)2·6(H 2O)与H 2O 3PCH 2CO 2H 在氯化维生素B 复合体(choline)与尿素共熔盐中反应生成Zn(O 3PCH 2CO 2)NH 4. 反应不能在室温发生而需要将体系加热到80℃. 此现象说明较高温度下生成的NH 4+对反应是至关重要的, 并且NH 4+也进入最终产物起到电荷平衡的作用.虽然上述例子所报道的应用离子液体制备多孔材料不再需要高压, 但反应仍然需要较高的温度和较长的反应时间. 最新的研究发现, 采用基于咪唑骨架的酸性离子液体能和金属单质, 比如锌[132]、钴、锶[133]或者其他主族/过渡金属碳酸盐反应, 在室温下可迅速生成内盐化合物(图10). 例如, 酸性离子液体和金属碳酸盐可在水溶液体系中反应并瞬间完成. 如采用锌单质和酸性离子液体反应, 反应体系中的水成为引导产物结构的分子, 并且在最终产物中以单分子水链存在于内盐构成的管道中. 如采用第二族金属碳酸盐反应, 则发现酸性离子液体的阴离子和内盐阴离子之间的相互竞争会决定产物的最终结构.综上所述, 应用离子液体或共熔盐开辟了一条制备多孔材料的新路线, 并且通过对离子液体阴阳离子的筛选, 将有可能有目的地制备满足应用需求的材料, 例如, 可将小分子嵌入多孔材料中, 有望在离子交换等领域得到应用.5 功能化离子液体与表面修饰利用离子液体可调的亲水/疏水性以及与固体表面(硅胶, 分子筛等)的作用, 离子液体可作为固体表面修饰剂[134]. 由于离子液体完全由阴阳离子构成,188中国科学 B 辑 化学第36卷图10 含单分子水链的锌配合聚合物其亲水/疏水性可通过阴离子交换来实现, 因此可以非常简便地实现固体表面的润湿性调解, 这对传统有机溶剂而言几乎是不可能的.把金底物(通过热挥发法将100 nm 的金镀到含20 nm 钛的硅(100)上, 并裁成1 cm 2大小制得)放置于含有硫醇功能化的Br 阴离子的离子液体的1 mmol/L 的乙醇溶液中, 离子液体将在金表面形成有序的自组装单分子层[135]. 椭形测定显示一层厚度为19 Å的薄层支撑着此单分子层, 水的接触角为23°. 如果此表面被侵润到含有NaBF 4和NaPF 6, 离子交换即可发生. 金底物表面性质也因此而随着硫醇功能化的离子液体阴离子的改变而变化. 采用同样的办法, 离子液体的Br 阴离子可被NO 3−, ClO 4−, CF 3SO 3−或(CF 3SO 2)2N −置换. 所获得的体系的水接触角按下列顺序递增: Br − > BF 4− > NO 3− > ClO 4−> CF 3SO 3−> PF 6−> (CF 3SO 2)2N −(图11).图11 金表面的离子液体阴离子交换结果显示, 硫醇功能化的离子液体能选择性地对金表面进行修饰. 固体表面性质如润湿性的调解在理论以及应用上都具有很重要的意义. 功能化离子液体赋予给固体表面的可调控润湿性在微流体和微器件等阴离子传感以及生物制药领域具有应用潜力.离子液体的阳离子同样能够影响固体表面性质. 在1-烷基-3-(3-硅丙基)咪唑盐和Si/SiO 2表面体系中, 当烷基为甲基时, 阴离子是影响表面润湿性的决定性因素[136]. 但当烷基为丁基时, 随着阴离子的变化, 表面的润湿性不再发生明显的改变.6 离子液体与机械润滑能在极端环境中使用的机械润滑油目前受到特别的关注. 离子液体, 例如烷基咪唑四氟化硼因为其极低的蒸气压使之成为颇具潜力的多用途润滑油用于钢/金属, 钢/SiO 2, Si 3N 4/SiO 2, 钢/磁等体系. 离子液体显现出优良的降摩擦、抗疲劳以及高担载效 应[137,138]. 相同的条件下, 1-甲基-3-己基咪唑四氟化硼和商业润滑油例如含氟膦和全氟聚醚相比, 具有更低的摩擦系数. 离子液体之所以现实出优越的摩擦行为, 其原因在于分子结构的偶极特性使之能更充分地在摩擦表面吸附.为提高离子液体的润滑性能, 膦酸酯基团O ,O -diethylphosphate 被引入了咪唑阳离子骨架[139](图12). 所得到的功能化离子液体具有比普通的离子液体更好的降摩擦性能. 此特性在高担载量, 高温环境下更显示出优势. 同时, 此离子液体对于铝/钢表面也具有更高的抗疲劳性, 且其抗疲劳性和功能化碳链的长度有关.图12 膦酸酯功能化离子液体关于功能化离子液体优良润滑性能的可能解释是: 离子液体上的膦基团在环境条件下发生部分水解并与铝或铁的新鲜表面反应生成一种溶解在离子液体中的稳定物质. 这个假设的证据之一是在工作第3期李雪辉等: 离子液体的功能化及其应用189完毕之后功能化的离子液体仍保持初始状态而传统离子液体则明显分解.7 离子液体与纳米粒子离子液体与纳米技术这两个热门研究领域的联姻, 为现代化学提供了一块令人瞩目的研究空间. 在2001年, Srinivasan从以1,3-二正丁基咪唑为骨架的离子液体分离出Heck反应中产生的钯纳米粒子(Pd(OAc)2或PdCl2为催化剂前体, 并用透射电子显微镜(TEM)进行了表征[140]. 2002年, Dupont也从加氢催化离子液体[BMI][PF6]中分离并表征了铱纳米粒子(以[IrCl(cod)]2, cod = 1,5-环辛二烯催化剂前体)[141]. 由体系中分离出的纳米粒子可以再次分散到[bmim] [PF6]离子液体中, 并且能循环催化反应7次以上. 铂纳米粒子也能成功从氢化反应中分离, 并且用于催化氢化反应, 体现了良好的催化剂可循环性[142]. 以离子液体和其他纳米材料配合, 也被应用在电化学领域[143,144].钯纳米离子可被四甲基胍盐乳酸离子液体固定在分子筛孔隙中, 这种含有钯纳米离子的分子筛可催化无溶剂烯烃催化氢化[145].CN基团功能化的吡啶类离子液体可直接作为Stille反应介质, 金属钯纳米粒子也可从Stille反应体系中分离出来[107]通过TEM的表征发现, CN基团和金属钯纳米粒子可发生微弱配位而起到稳定纳米粒子, 防止其在传统非配位离子液体中团聚的作用(图13).图13 CN功能化与非功能化离子液体中金属钯纳米粒子的TEM结果(a) 普通离子液体; (b) CN功能化离子液体含有金属纳米晶格以及有机外层的纳米粒子因其在诸多领域, 如化学传感器等的应用前景而受到广泛关注[146], 烷基硫醇化学物是最常用的金纳米粒子稳定剂[147~149]. 然而, 以水为反应介质的金纳米粒子合成方法一直面临着离子间相互作用、过低反应浓度、反应末期过量稳定剂去除困难等问题. 为解决这些问题, 将离子液体硫醇功能化, 通过其离子特性改善稳定基团和金属(金或铂)的相互作用, 成为优化纳米粒子制备的新思路. 同时, 离子液体的亲水疏水性也可以由改变阴离子种类而方便地调解, 这就近一步拓展了纳米粒子制备的可控条件.对纳米粒子尺寸以及尺寸分布的精确控制, 以及对其化学行为的理解在纳米技术研究中日显重要. 一篇近期的报道制备了含有1到3组硫醇功能团的离子液体, 并且详细地对其作为纳米粒子稳定剂进行了研究(图14)[150]. 与此同时, 硫醇功能团也被嫁接到阴离子上, 而构成双功能化离子液体并且用于纳米粒子的制备.由上述离子液体可以制备能溶解于水的金和铂纳米粒子. 纳米尺寸和稳定性受到离子液体骨架上硫醇功能团的数量和位置的控制, 因此, 离子液体和金属之间的物理和化学作用成为制约纳米粒子性质的关键. 同时, 纳米粒子的尺寸可以通过改变离子液体的阴阳离子来调解, 例如, 随着阳离子上硫醇功能团的数量增加, 纳米粒子的半径减小; 如果使用含有硫醇的磺酸阴离子, 纳米粒子的尺寸将进一步降低, 而其稳定性也得到提高. 因此, 通过调整离子液体上的硫醇基团, 我们获得了一种调节纳米粒子性质的手段.聚合物如PVP(聚乙烯芘诺烷酮)也是常用的纳米粒子稳定剂. 寇元小组报道了在[bmim][PF6]中制备由PVP稳定的铂, 钯以及铑纳米粒子的方法[151].PVP这种非极性聚合物因其在高极性离子液体中的低溶解度使之作为离子液体中的纳米稳定剂受到限制. 最近, 寇元小组设计了一种离子化改性的PVP聚合物[152], 成功地用于铑纳米离子的稳定, 并在催化氢化中体现出高且长效的催化活性(图15).由这种改性PVP稳定的铑纳米粒子可用于芳香烃的催化氢化, 在离子液体[bmim][BF4]体系中, 纳米粒子体现了高催化活性和前所未有的催化寿命(TTO达20, 000), 而离子液体和改姓PVP之间的协同作用被推测是优异催化性能的原因.。