离子液的特点和发展历史
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离子液体在分析化学中的应用与发展摘要:离子液体是由一种特定的阳离子和阴离子构成的,而且在常温下呈液态的熔盐体系,离子液体是实现绿色化学的必经之路。
离子液体的主要特点是熔点低。
稳定性能好,几乎没有蒸汽压,可用于多个化学研究领域。
关键词:离子液体萃取色谱1 离子液体的性质(1)熔点:盐类的一个重要物理特征就是熔点,同时熔点也是对盐类是否构成离子液体的一个重要判断标志。
目前,对于部分盐类的熔点很低的原因还尚未可知,一般来讲,主要有以下几种可能:第一,分子间的弱相互作用;第二,组成盐类的阳离子的对称性不高;第三,电荷在阳离子上的平均分布以晶体的低效堆积等。
因为阳离子的不同,熔点的变化范围也会很大。
由Na、K组成的无极氯化物有很高的熔点,而由电荷分散的1,3-二烷基咪唑阳离子构成的有机季铵盐的熔点却相对较低。
(2)密度:当前学者普遍认为,组成离子液体的阴、阳离子对离子液体的密度有很大影响。
选择合适的阳离子能够对离子液体的密度进行精细的调节,而选择合适的阴离子能够得到一定密度范围的离子液体。
(3)蒸汽压及溶解性:离子液体与其他分子溶剂相比,其内部存在相当大的库仑作用力,一价的异号离子间的相互作用里可以高达100kJ/mol,而水只是其十分之一。
所以哪怕在较高的温度和真空中,离子液体也可以保持相当低的蒸汽压力。
因为具有很强的极性,而且对多种有机/无机/聚合材料有着特有的溶解能力,是唯一能够将氢化物、氮化物等溶解的溶剂。
2 离子液体在萃取分离中的应用2.1 萃取分离由于离子液体不但对无机和有机材料具有一定的选择溶解能力,而且还可以不溶于部分有机溶剂,这使得其可以产生极性可调的体系。
因此,离子液体能够在液液萃取、固相微萃取等条件下广泛应用。
Huddleston在做关于液液萃取分离研究时,首次使用离子液体代替有机溶液。
之后,越来越多的研究者使用离子液体萃取金属离子和部分有机物,而且研究者对离子液体的应用进行了总结分析。
化工教研离子液体在高分子合成中的应用韩长进(菏泽家政职业学院,山东菏泽274300)摘要:离子液体是在室温条件下呈现出液态的离子化合物,是新型的“软”功能介质和材料,具有显著可设计性优势,可作为诸多聚合反应的反应介质,对于聚合产物相对分子质量、聚合反应速率均有着良好的正效应作用。
其成功解决了聚合反应中有机溶剂的挥发性与毒性等问题,改善了环境污染。
文章主要对离子液体在高分子合成中的应用进行了探究。
关键词:离子液体;高分子合成;可设计性;聚合反应近年来,离子液体作为一项新兴环保绿色溶剂,由于其能够代替现行挥发性有机溶剂而备受世人关注。
所谓离子液体,是一种在室温或接近室温的条件下由离子组成的呈液态的物质。
与传统物质相比,离子液更稳定,具有蒸气压小、热容大、导电性强等优点,不可燃、不挥发。
鉴于其诸多优势,其在分离过程与化学反应领域显示出十分广阔的应用前景。
1自由基聚合反应中离子液体的应用分析离子液体最早是在电化学研究领域发现和合成的,在离子型导电聚合物的准备中首次实现了离子液体在自由基聚合反应中的成功运用。
前人在研究实践中利用离子液体溶剂,通过相应的自由基聚合反应实现了烯烃类导电聚合物电解膜的制备,历史上首次用离子液体作为溶剂完成了烯烃类单体自由基聚合反应。
具体方法为:以过氧化苯甲酰作为反应引发剂,分别用不同的烯类单体,在N-丁基吡啶四氟硼酸和1-乙基3-甲基咪唑四氟硼酸为主要成分的离子液体中,以80e为反应条件,进行连续12h的反应,实验表明,除去醋酸乙烯之外的其他所有烯类单体均能完成聚合反应。
生成物中能够与离子液体形成均一相的仅为聚甲基丙烯酸羟乙烯脂,该液体形成电解膜后具备十分优异的导电性,此研究虽然取得了很多的突破性成果。
但没有针对聚合物的特征进行阐述,也没有去深层次的分析所发生的聚合反应,但该研究仍具有较高的启示性与指导价值。
近段时期,随着科研工作的不断发展,已深入到以离子液体为溶剂的自由基聚合反应动力学、聚合物结构性质、反应机理和聚合反应后离子液体回收等方面的研究,并且取得了重大突破。
第 57 卷第 6 期2020 年 12 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGV ol. 57 No. 6Dec. 2020加氢站用离子压缩机及离子液体简述刘泽坤1,郑刚2,张倩2,高秀峰1,李云1(1. 西安交通大学化工学院,西安 710049;2. 中石油长庆油田分公司油气工艺研究院低渗透油气田国家工程实验室,西安 710021)摘 要:随着我国氢能产业快速发展,对加氢站基础设施建设的需求迅速增加,并从35 MPa 向70 MPa 发展。
是否拥有安全、稳定、高效的氢气加压加注设备成为影响产业发展的重要因素,其中如何实现低成本、高压、大排量的氢气压缩机是重中之重。
首先简要介绍了加氢站的基本工作流程,之后展示了目前加氢站常用的压缩机类型,重点介绍了一种90 MPa 加氢站新型高压加氢站氢气压缩机——离子压缩机,它使用离子液体代替传统往复压缩机的固体活塞来压缩气体,在密封、洁净、传热、效率等方面具有诸多优点。
最后,对离子压缩机用离子液体的选型原则进行了阐述,从多个角度提出了对目标离子液体的性能要求。
关键词:氢能;加氢站;离子压缩机;离子液体中图分类号:TQ 050.2;TH 45 文献标识码:A 文章编号:1009-3281(2020)06-0047-007收稿日期:2020-11-12基金项目: 浙江省科技计划项目:高效加氢关键技术与装备研发及应用-70MPa 加氢站氢气加注压缩机成套装置研发(2020C01119)。
作者简介: 刘泽坤(1996—),男,博士研究生在读。
研究方向:过程流体机械。
当今世界的发展面临着巨大和环境问题的双重挑战,氢能作为零排放、无污染、可持续的绿色能源,被认为是新世纪解决能源问题的重要途径 [1]。
在氢的众多应用领域中,氢燃料电池汽车预期将成为氢能产业的首要突破口和重要出路,并成为新能源汽车的最佳技术路线,也是我国未来汽车工业的重要发展战略。
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。
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。
离子液体在反应和分离过程中的应用新技术张锁江(中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室,北京100080)离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或室温附近范围内呈液体状态的一类全新介质和软功能材料,近十年来在绿色化学框架下获得了突飞猛进的发展,其出现为研究开发高效、清洁、节能的反应和分离新工艺带来了新机遇,展示了巨大应用潜力和前景【l曲]。
以级数递增的论文和专利数目,不断涌现的离子液体制备及应用新技术,国际离子液体大会的召开,为离子液体研究的持续快速发展提供了有力的支持。
要研究开发新型的反应和分离工艺,离子液体的功能化设计是基础。
以离子液体的特殊功能,通过热力学和动力学研究,研究开发反应和分离新过程,进而形成成套集成技术,为过程工业的升级换代提供技术支撑。
一、功能化离子液体的设计离子液体的最大特点之一是可设计性,然而,目前许多研究仍然沿袭传统的‘、哆-and—errors”方法来寻找新型的离子液体。
造成这一状况的根本原因是缺乏从分子水平上对离子液体的构效关系及分子设计的系统研究。
在离子液体的物性数据库基础上,结合量化计算和分子模拟技术,发现了离子液体中广泛存在的氢键网络结构(图1)m,并从分子水平上揭示了实验观测到的离子簇结构的形成(a)(b)(c)图1.离子对氢键(a)、离子簇氢键网络(b)以及层状网络结构(c)机理【8。
叭。
正是由于这种氢键网络结构的存在,使得离子液体具有周期性规律分布的网络结构,呈现出“液体分子筛”的特性。
离子液体中氢键网络结构的存在意味着不能简单地将离子液体看作完全电离的离子体系,也不能简单地将其视为缔合的分子或离子体系。
以量子化学研究为基础,开发多系列离子液体如氨基咪唑类、胍类、季膦盐类的分子力场【l卜"】,通过系统分析离子的运动轨迹,得到了离子液体微观结构包括阴阳离子作用位、作用能、氢键和烷基侧链的转动灵活性等(图2),建立了离:子:液体的微观参数(如氢键、配位数等)与宏观性质(包括密度、相变焓、自扩算系数等)之间的定量关系,为研究开发新型的反应/分离介质和离子液体催化材料㈣提供了科学基础。
聚合物负载离子液体的发展和应用应化0904 刘雪090105116【摘要】离子液体是在室温下为液体、具有离子特性的的新型溶剂,离子液体本身具有许多无可比拟的性质,而且其性质可通过结构组成的不同来调节,目前,离子液体正作为传统溶剂的替代品被人们广泛接受,本文主要综述了其中的聚合物负载离子液在有机合成中的发展和应用。
【关键词】离子液体、聚合物负载离子液、有机合成一、聚合物负载离子液的发展室温离子液体(Room temperature ionic liquid,RTIL)是一种在室温或接近室温的温度下呈液态的有机盐,简称离子液体(IL)。
它一般由有机阳离子与无机阴离子组成,阳离子通常是二烷基咪唑阳离子、烷基吡啶阳离子、烷基铵阳离子、烷基膦阳离子等,阴离子常见的是卤素离子、ALCL4-和含氟、磷、硫的多种离子,如:BF4-、PF6-、CF3SO3-、CF3COO-、P3O4-、NO3-等。
离子液体具有一系列突出的优点:几乎不挥发,不易燃,无色,无臭,稳定性好,毒性小,对许多化合物(尤其是有机金属化合物)有良好的溶解性,并且其性质可在很宽的范围内通过选择不同的阴、阳离子来调节,以满足不同反应和过程的需要,同时,使用后可以回收再利用,因而有望作为有机反应替代溶剂,目前已在电化学、分离过程,特别是有机合成中得到了广泛的应用。
近年来,聚合物负载离子液体(Polymer-Supported Ionic Liquids,PSILs)的研究,大大扩展了离子液体的应用范围。
聚合物负载离子液是将离子液体负载于载体之上,合成了含离子液体或具有离子液体结构的高分子聚合物,所形成的离子液体高聚物,在导电、催化有机合成反应中有着良好的应用前景。
本文就聚合物负载离子液的发展及其应用研究作一简要介绍。
二、聚合物负载离子液体的应用由于现今常用的离子液体价格较高,在一些反应中对于产物的分离和催化剂的回收较繁琐,因此,将离子液体进行固载化,可以把离子液体和固相载体材料的优点结合在一起,与此同时保持其物理及化学行为,应用于反应与催化时,更有利于产物和原料的分离、催化剂的循环使用,并且更经济。
离子液体微乳液研究进展尚树川;侯宁;柴金玲【摘要】本文综述了离子液体/油/表面活性剂、离子液体/离子液体/表面活性剂和离子液体/水/表面活性剂等微乳液体系的相态及相关应用,探讨了水、温度及其他因素对离子液体微乳液体系的影响.离子液体种类繁多,目前尚缺乏对各种类型的离子液体微乳液的全面研究及对其聚集体特性的深入研究.预期离子液体微乳液将会向开发新体系、深化聚集体特性及应用研究等方面拓展.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2016(029)001【总页数】6页(P87-92)【关键词】微乳液;离子液体;表面活性剂;研究进展【作者】尚树川;侯宁;柴金玲【作者单位】山东师范大学化学化工与材料科学学院,山东济南250014;山东师范大学化学化工与材料科学学院,山东济南250014;山东师范大学化学化工与材料科学学院,山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】O647.2微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水形成的各向同性及热力学稳定的体系,已在日化、农药、催化剂及纳米材料制备等方面有着广泛应用。
近年来,环境保护和资源可持续利用日益受到人们重视。
离子液体是由有机阳离子及无机或有机阴离子构成,在室温或近室温条件下呈液态的盐类物质,还具有如电化学窗口宽、无可燃性以及热力学稳定性好等许多优异的物化性质,工业上已被用于开发“绿色化学”清洁工艺,被称为“绿色溶剂”。
基于上述离子液体的特性,离子液体已被引入到微乳液领域,人们用离子液体代替传统的水或有机溶剂,在表面活性剂及助表面活性剂作用下制得了离子液体微乳液。
目前,对于离子液体微乳液已有较多报道,如将离子液体用作微乳液的水相,有机溶剂作为油相的微乳液体系,是近年来研究最多的一种离子液体微乳液类型。
离子液体在微乳液中不论是作极性相,还是作非极性相,均使微乳液的性质发生了变化,扩大了微乳液的应用范围。
近年来,离子液体微乳液已应用于生物酶催化、材料合成和有机合成等领域。
基金项目:浙江省自然科学基金(Y 406291),教育部留学人员科技活动项目择优资助,中日科技合作项目;作者简介:金高军(1984-),男,硕士研究生,主要从事功能高分子方面的研究;通讯联系人:E 2mail :huangm @.离子液凝胶的研究进展金高军,黄 梅(浙江大学材料与化学工程学院,杭州 310027) 摘要:离子液凝胶结合了离子液体的稳定、不挥发、良好导电性以及普通凝胶的环境响应性智能特点,因而不但可用于制作新型太阳能电池、锂电池、超级电容器、人工肌肉和电致变色装置,还可作为功能膜材料用于催化反应和气体分离,以及作为生物传感器用于检测葡萄糖、多巴胺等生物分子。
本文综述了近年来离子液凝胶主要的制备方法及其在电化学、热学、环境响应等方面的性能,展望了这些材料作为光电材料、功能膜材料和生物传感器的潜在巨大前景。
关键词:离子液凝胶;离子液体;功能高分子材料离子液体与一般介质相比具有许多独特的性质,如完全由阴阳离子组成、热稳定性好、几乎没有蒸气压、电导率高以及电化学窗口宽等[1~3],目前已被广泛应用到化学合成和电化学等方面。
在有机高分子材料中引入离子液体,能制备出一类新型的聚合物功能材料———离子液凝胶。
与普通水凝胶相比,离子液凝胶除具备水凝胶的网状结构和环境响应性外,离子液体本身良好的稳定性和较强的导电性赋予凝胶材料一些新功能。
已有研究表明离子液凝胶不但可用于新型太阳能电池[4,5],锂电池[6],超级电容器[7],人工肌肉[8]和电致变色装置[9]等领域,而且还可作为功能膜材料[10~12]用于催化反应、气体分离和微波吸收,以及作为生物传感器[13~15]用于检测葡萄糖、多巴胺等生物分子。
本文从离子液凝胶的制备方法、基本性能和主要应用等方面入手,系统地讨论了这一研究领域的最新进展。
1 离子液凝胶的制备因为合成离子液凝胶的初始原料可以是单体、聚合物或者是单体和聚合物的混合体,所以其制备过程也各有特点,典型的合成方法为:自由基聚合、浇铸法和离子液体自聚。
离子液体的发展历史离子液体,这玩意儿听起来高大上,实际上可有趣多了!想象一下,咱们喝的饮料,水、果汁、茶,这些都是液体吧。
可离子液体可不是普通的液体,哎,它们可是由正负离子组成的,像极了电池里的成分。
最早的离子液体出现在20世纪初,科学家们就像小孩子一样,对这些新玩意儿充满好奇。
那时,离子液体的名字还没响亮得让人耳熟能详,大家只是偶尔在实验室里碰到,没把它当回事。
然后,慢慢地,这些离子液体开始引起了科学家们的注意。
尤其是在1980年代,随着科技的发展,咱们的生活也越来越离不开化学。
那个时候,有一位叫做Gregory Z. M.的科学家,恰好对离子液体的研究情有独钟。
他们发现,这些离子液体的熔点超低,简直是“不怕热”,很适合做溶剂。
哦,你没听错,离子液体居然能代替那些传统的溶剂!想想看,以前化学实验中那些刺鼻的有机溶剂,现在可以用“无毒”的离子液体来替代,简直是大大的进步,科学家们乐得像吃了蜜糖一样。
时间一晃,进入了21世纪,离子液体的热潮开始席卷全球。
这时候,各大研究机构和企业都纷纷加大了对离子液体的研究投入。
大家都是一窝蜂地想要在这个新兴领域分一杯羹。
离子液体的应用也变得五花八门,从电池到分离技术,再到环境保护,简直是无所不能。
每当科学家们在实验室里成功合成出新型离子液体的时候,简直像得了大奖一样,个个兴高采烈。
不过,话说回来,离子液体并不是没有缺点。
比如说,有些离子液体的成本偏高,想要大规模应用,还是需要一些时间。
它们的热稳定性也让人捏把汗,有些离子液体在高温下可能会分解,真是让人揪心。
不过,科学家们总是抱着“有问题就解决”的态度,没啥能难倒他们的!研究者们夜以继日地攻克难关,终于让离子液体的应用领域不断扩大。
嘿,除了科学家们,普通老百姓也开始慢慢接触到离子液体了。
比如说,现在有些清洁剂和化妆品里,就悄悄加入了离子液体的成分。
想想看,洗个澡的时候,可能就用上了这些高科技的液体,感觉自己都变得高级了不少。
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)、高电子迁移速率(>10-4m2/V/S)以及较低的粘度。
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,导致该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,当各种∏键共轭聚合物与离子液体一起用于电化学器件时,其使用寿命可以达到上百万次,并且其性能没有变化。
离子液体作为功能材料(一)离子液体作为敏感材料利用离子液体中溶解少量有机分析物其粘度迅速降低这一特点,取代石英晶体微量天平中固态的无机或有机涂层,充当敏感材料检测有机挥发物。
由于有机物质在离子液体中有更快的溶解扩散速率,利用这种特性得到的QCM对检测物质的响应时间缩短了几十倍。
(二)离子液体作为润滑材料解决苛刻条件(低温、高温、真空等)下的润滑剂凝固、氧化分解和挥发流失现象在航空航天领域具有非常重要的价值。
当研究者将离子液体作为润滑材料使用时,发现离子液体不仅性能优越,由于其较宽的液态范围、较好的热稳定'性及非常小的蒸汽压,给上述问题解决提供契机。
(三)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。
离子液体兼有低熔点、高热容量、较好的热稳定性和较高的密度等特点,使其成为一种良好的能量存储和传输的介质。
研究表明,六氟磷酸1 -辛基-3-甲基咪唑离子液体的热存储密度是378MJ/m3,比现今普遍使用的储热油的存储密度(59MJ/m 3)高6.4倍。
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!^膜吸收无挥发性的离子液体,在完全无水的条件下,在180℃电导率达到0.1S/cm。
此外,离子液体在生命科学领域也开始得到应用。
澳大利亚Wolinggong大学的研究者发现离子液体可"极大地提高人造肌肉的功能,如增强肌肉的伸缩力量。
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越来越多地引起人们的关注,人们正以极大的热情投人到离子液体的研究与开发中。
目前离子液体的研究和应用已经从催化和有机合成迅速扩展到分离分析、燃料电池、生命科学、润滑材料、敏感材料和能量的传输存储等领域,并极大地影响着这些领域的发展。
未来离子液体究的重点内容应当包括:(一)离子液体理论的建立传统的液态介质和材料均由分子和原子组成,完全由离子组成的离子液体必然有着与之不同的性质和理论。
离子液体物理化学性质的测试及离子液体中各种理论的建立对改变离子液体应用研究的盲目性、促进离子液体的发展将起促进作用。
(二)新型、功能化离子液体的合成如酸功能离子液体(取代当前腐蚀设备污染环境的液休酸以及易失活的固体酸)、手性离子液体(应用于不对称催化)以及具有特殊电化学性质和光学性质的离子液体。
这一研究方向能够充分发挥离子液体的可设计性特点,也必然在未来的离子液体研究领域中占有重要地位。
(三)离子液体与各种传统技术和过程的进一步结合技术和过程的集成往往起到共同促进、共同发展的作用,离子液体研究与各个传统研究领域的结合应当引起研究者的重视。
(四)低成本、简便的离子液体合成与生产随着离子液体研究的发展和大量使用,通过合成路线、原料的变更获得成本低廉的离子液体以及离子液体生产过程中伴生大量固体废料等问题的解决应成为离子液体研究的重要内容之一。
(五)推进离子液体研究的工业化进程任何一项研究发展的根本动力在于应用,没有应用的强有力推动,离子液体的研究很难保持长久的繁荣,发展具有工业化应用前景的研究应当是今后离子液体发展的重点方向。