EAN離子液體及其水混合溶液中氫鍵行為的分子模擬研究.pdf

1、 分 類 號： 密級： 學校代碼： 10414 學號： 2014010747 碩 士 研 究 生 學 位 論 文 碩 士 研 究 生 學 位 論 文 EAN EAN 離子液體及其水混合溶液中 離子液體及其水混合溶液中 氫鍵行為的分子模擬研究 氫鍵行為的分子模擬研究 Hydrogen Bond Behavior of Ethylammonium Nitrate Hydrogen Bond

2、Behavior of Ethylammonium Nitrate Ionic Liquid and Its Mixtures with Water Ionic Liquid and Its Mixtures with Water Explored Explored by Molecular Dynamics Simulations by Molecular Dynamics Simulations 黃誼平

3、 黃誼平 院 所：化學化工學院 導師姓名：楊振、陳祥樹 學科專業(yè)：物理化學 研究方向：理論計算化學 二○一七 年 五 月 摘 要 近年來，離子液體因低蒸汽壓、高熱穩(wěn)定性、不可燃、高電導率等獨特的物理化學性質，備受關注。更為重要的是，研究人員發(fā)現通過改變陰陽離子的結構和組成可以獲得不同功能型的離子液體。 此外， 少量水的加入也能夠極大地改變離子液體的物理化學性質， 這有利于拓展離子液體的實際應用范圍。

4、無論是純離子液體還是其和水形成的混合物，它們的特殊物理化學性質本質上取決于陰離子、陽離子以及水分子之間的相互作用，主要包含靜電力、范德華力和氫鍵這三種作用。相比于靜電力和范德華力，氫鍵具有局域性和取向性的雙重特點，使得實驗表征手段往往難于直接觀察氫鍵性質。 然而， 分子動力學模擬能夠幫助人們從分子水平上獲取復雜溶液體系中的結構、 動力學以及氫鍵行為的微觀信息， 為現有的實驗結果提供深入的解釋。 因此， 本論文主要是采用分子動力學模擬方法

5、研究純硝酸乙基氨(Ethylammonium nitrate, EAN)質子化離子液體及其水溶液混合物中的結構性質，動力學性質及其氫鍵行為。 首先，本工作采用分子動力學模擬方法研究了：在 300 K 到 400 K 范圍內，不同溫度對純 EAN 離子液體的結構性質、動力學性質以及氫鍵行為的影響。模擬結果表明溫度的變化幾乎對質子化 EAN 離子液體的結構性質沒有影響， 這預示著溫度的升高并不會改變陰陽離子之間的靜電作用力和范德華力。 然而

6、， 溫度的升高卻對離子液體的動力學性質的影響非常強烈。當溫度從 300 K 升高至 400 K 時， 計算結果發(fā)現陰陽離子之間的氫鍵強度急劇地減弱， 從而導致陰陽離子的擴散系數和轉動速率都增大了近一個數量級。 與此同時， 本工作還發(fā)現陰陽離子都會表現出很明顯的次擴散行為。 相應地， 通過計算陰陽離子對的解離動力學性質發(fā)現陰陽離子對的解離速率加快了將近 1 個數量級， 這種獨特的現象主要是由于溫度的升高導致陰陽離子之間的氫鍵強度減弱。 然