離子液體陰陽離子間相互作用的研究.pdf

1、離子液體作為一類完全由陰陽離子組成的介質，由于其獨特的性質已廣泛地應用在諸多領域。眾所周知結構決定性質，離子液體中存在的陰陽離子間的相互作用及運動規(guī)律對離子液體的性質有著很大的影響。因此，陰陽離子間相互作用的研究將對我們設計離子液體有著非常重要的指導作用。然而，我們對離子液體的微觀結構和相互作用的研究還非常有限。鑒于此，本論文采用電子密度拓撲分析、譜學和物化性質測量等手段相結合的方法來研究了離子液體陰陽離子間的相互作用。
　　首先

2、，利用衰減全反射紅外光譜(ATR-IR)和量化計算以及電子密度拓撲分析相結合的方法研究了1-丁基-3-甲基咪唑陽離子和七種不同的陰離子:[OH]-、[CF3CO2]-、[HSO4]-、[H2PO4]-、[Cl]-、[PF6]-和[BF4]-所組成的離子液體，在純態(tài)和水溶液中的頻率變化和氫鍵密度信息。發(fā)現(xiàn)在純離子液體狀態(tài)下，離子液體的C-H伸縮振動的頻率變化不僅與結合能△E相關，同時也與陰離子粒徑大小相關。而且不同離子液體C2-H伸縮振動

3、頻率的變化與陰陽離子間形成氫鍵的氫鍵密度(ρBCP)成單調關系。隨著氫鍵密度的增加，振動頻率減小。陰陽離子間氫鍵密度從大到小順序為:[OH]-＞[H2PO4]-＞[HSO4]-＞[CF3CO2]-＞[Cl]-＞[BF4]-＞[PF6]-。
　　采用電導率、黏度、表面張力和過量體積測量相結合的方法，研究了[Bmim][NO3]、[Bmim][BF4]、N4NO3和N4Ac四種離子液體水溶液的物化性質。通過離子液體的電導率的變化情況和

4、表面張力數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)離子液體既能體現(xiàn)有機物的性質又能表現(xiàn)出無機鹽的性質，將含有相同陰離子的典型無機鹽和含有相同陽離子基團的典型有機物與離子液體在電導率、黏度、表面張力和過量體積四種物化性質上進行比較，得出其與有機物性質的相似程度的順序為:N4Ac＞N4NO3＞[Bmim][BF4]＞[Bmim][NO3]。并認為影響這種順序的原因為陰陽離子的締合作用，這得到了反應締合情況的無限稀釋摩爾電導率、過量體積和離子率數(shù)據(jù)的支持。提出了離子液體的這種

5、“二重性”，并給出了影響這種“二重性”的因素。
　　利用一維紅外結合二維相關譜來研究了N4NO3離子液體水溶液的變化過程，發(fā)現(xiàn)在濃度比較低時(0.10＜XH2O＜0.40)，離子液體主要以離子對或者離子簇的形式存在，水主要與離子液體兩端陰離子和烷基鏈發(fā)生作用;隨著水含量的增加，離子對結構逐漸被打破，當XH2O＞0.4時，水逐漸包裹了陰陽離子并在親水端與陽離子形成N-H…O鍵。這個結論同時得到了電子密度拓撲分析數(shù)據(jù)的支持。