離子液體吸收CO2的量子化學研究.pdf

1、選用2種咪唑離子液體和4種季鏻離子液體，運用量子化學理論，利用Material Studio軟件的Dmol3模塊，進行了各離子液體與CO2作用的模擬分析。分別計算了單獨陰陽離子、離子液體對、CO2與離子液體對相互作用的鍵長、鍵角、氫鍵作用、電荷、分子軌道、福井函數(shù)等微觀參數(shù)，得出的主要結論如下:
　　1.咪唑四氟硼酸鹽（[Bmim][BF4]）、咪唑雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰鹽（[Bmim][TFSI]）、季鏻四氟硼酸鹽（[P1112]

2、[BF4]、[P1114][BF4]）和季鏻雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰鹽（[P1112][TFSI]、[P1114][TFSI]）的陰陽離子之間相互吸引結合均主要靠氫鍵作用。咪唑類離子液體陰陽離子之間均存在5條氫鍵，[P1112][BF4]和[P1114][BF4]陰離子上的F與陽離子H之間分別形成6和7條氫鍵，而[P1112][TFSI]和[P1114][TFSI]則是陰離子上的O、N與陽離子上的H之間分別形成了5和6條氫鍵。
　　2

3、.咪唑類離子液體5位C是易于發(fā)生親核型吸收的位點，這是由于N=C鍵的電子缺乏引起5位C帶有較高的正電荷；季鏻類離子液體2位P是易于發(fā)生親核型吸收的位點，而易于發(fā)生親電型吸收的位點在陰離子上，這與HOMO軌道集中分布在陰離子上的結果相一致。
　　3.通過計算得到了幾種離子液體吸收CO2的穩(wěn)定構型，且在穩(wěn)定構型中CO2鍵角均只有小幅改變。[Bmim][BF4]·CO2中的∠O31-C32-O33由180.0°變?yōu)?76.905°，[B

4、mim][TFSI]·CO2的由180.0°變?yōu)?77.946°，[P1112][BF4]·CO2的由180.0°變?yōu)?76.834°，[P1112][TFSI]·CO2的由180.0°變?yōu)?77.558°，說明這幾種離子液體與CO2的作用均為物理吸收過程。
　　4.陰、陽離子的種類對分子結合能均有影響，結合能比較為Ebinding（[Bmim][TFSI]）> Ebinding（[P1114][TFSI]）> Ebinding（

5、[P1112][TFSI]）> Ebinding（[Bmim][BF4]）> Ebinding（[P1114][BF4]）> Ebinding（[P1112][BF4]）。[TFSI]-離子液體的結合能均大于[BF4]-的；當陰離子相同時，咪唑類離子液體的結合能要大于季鏻類的；季鏻陽離子碳鏈的增加，結合能隨之增加。由CO2吸收平衡數(shù)據(jù)可知，當陰離子一定的時候，咪唑類離子液體的CO2吸收量高于季鏻類的，且在313K和0.1Mpa下[Bmi

6、m][TFSI]的CO2吸收量最大為1.37wt％。
　　5.離子液體粘度與陰陽離子間電荷轉移量有關，電荷轉移越多，其粘度亦越大，則CO2吸附達平衡的時間越長。陰離子一定時，季鏻類的電荷轉移量低于咪唑類的，粘度隨之降低，實驗也證實季鏻離子液體吸收CO2達平衡時間較短。當陽離子一定時，電荷轉移量[TFSI]-要小于[BF4]-，故[TFSI]-的離子液體粘度要小于[BF4]-的。
　　6.由分子軌道分析可知，四種季鏻類離子液體