咪唑基六氟磷酸鹽離子液體的凝膠化及其超分子凝膠性能研究.pdf

1、小分子量化合物凝膠因子可通過分子間氫鍵、π-π相互作用，以及其它非共價鍵作用形成超分子聚集體結(jié)構(gòu)進而形成穩(wěn)定的超分子凝膠。由于其具有介于固、液體之間的特性，被廣泛應用在催化、電解質(zhì)材料等領(lǐng)域。離子液體是由陰離子和陽離子組成的離子化合物，由于其液相溫度范圍寬、不揮發(fā)、高沸點、溶解性好、電導率高且電化學穩(wěn)定窗口寬等優(yōu)良性能日益受到廣泛關(guān)注，尤其是在高效的電解質(zhì)材料領(lǐng)域具有極大的應用前景。
　　 本文通過分子設計的方法將酰胺基團、苯環(huán)

2、和烷基鏈引入凝膠因子的分子結(jié)構(gòu)中，合成出三類結(jié)構(gòu)不同的凝膠因子(4,4′-二（n-烷基酰胺基）二苯醚（簡稱BSDE-n，n為烷基鏈長，下同）；4,4′-二（n-烷基酰胺基）二苯甲烷（簡稱BSDM-n）；2,4-二（n-烷基酰胺基）甲苯（簡稱BSUT-n)。研究了三類凝膠因子在有機溶劑中凝膠化性能及自組裝機理。側(cè)重研究了三類凝膠因子在不同離子液體中的凝膠化，制備了離子液體超分子凝膠。研究了離子液體超分子凝膠的電化學性能和流變學性質(zhì)。

3、>　　 本論文包括以下主要內(nèi)容：
　　 1、通過分子設計的方法合成的凝膠因子(BSDM-n，BSDE-n，BSUT-n)能在20多種有機溶劑中發(fā)生聚集、自組裝，進而在這些有機溶劑中形成熱可逆的超分子凝膠。分別研究了凝膠因子結(jié)構(gòu)﹑凝膠因子濃度以及不同溶劑體系對凝膠體系的相轉(zhuǎn)變溫度(TGS)和最低凝膠化濃度(MGC)的影響。
　　 2、在三類凝膠因子的作用下，制備了離子液體[bmim]PF6超分子凝膠。凝膠化性能最好的三種

4、凝膠因子分別為4,4′-二（辛酰胺基）二苯醚（簡稱BSDE-8），4,4′-二（辛酰胺基）二苯甲烷（簡稱BSDM-8），2,4-二（辛酰胺基）甲苯（簡稱BSUT-8)。結(jié)果表明，凝膠因子的最低凝膠化濃度按BSDE-8，BSDM-8，BSUT-8的順序增加。離子液體超分子凝膠相轉(zhuǎn)變溫度TGS按BSDE-8，BSDM-8，BSUT-8的順序減小。采用偏光顯微鏡研究了凝膠因子在離子液體中的自組裝機理，結(jié)果表明，凝膠因子首先形成纖維狀聚集體并進

5、一步聚集形成球晶狀結(jié)構(gòu)。
　　 3、采用線性電位掃描，循環(huán)伏安法和交流阻抗法等電化學測試方法，研究了離子液體超分子凝膠的電化學性能。結(jié)果表明，凝膠體系具有較寬的電化學穩(wěn)定窗口，一般為－2.6V到2.6V。采用BSDE-8制備的離子液體凝膠的電化學窗口為－2.6V到1.6V，這主要是由于BSDE-8分子中醚氧鍵（－O－）在1.6V處容易被氧化。電導率隨溫度的變化關(guān)系符合阿累尼烏斯方程，且凝膠體系電導率同純離子液體電導率差別在同一數(shù)

6、量級。BSDE-8離子液體超分子凝膠的電導率最高，是因為醚氧鍵（－O－）與苯環(huán)之間的大π鍵容易導致凝膠因子之間的π-π堆積，增強了凝膠因子之間的作用力，減少了凝膠體系中凝膠因子與離子液體之間的相互作用，使得更多的離子能夠參與導電。因此，凝膠因子的結(jié)構(gòu)對離子液體超分子凝膠體系的電化學行為有重要影響。
　　 4、用ARES流變儀研究了三種離子液體超分子凝膠體系的流變學性質(zhì)。應變掃描結(jié)果表明，當應變振幅為0.4%時，三種離子液體超分子

7、凝膠體系的應變在其線性粘彈區(qū)內(nèi)。頻率掃描結(jié)果表明，隨著剪切速率的增加，凝膠體系的彈性模量(G′)和粘性模量(G″)隨之增加，高濃度體系的彈性模量(G′)和粘性模量(G″)分別比低濃度體系的高。凝膠體系的tan δ在整個頻率范圍內(nèi)均小于1，凝膠因子濃度較低時，tan δ隨頻率的增加而減??；濃度較高時tan δ隨頻率的增加先減小后增大。凝膠體系復合粘度η*隨著凝膠因子濃度的增加在同一剪切頻率下也增加，而在同一凝膠因子濃度下凝膠體系復合粘度η

8、*隨剪切頻率的增加而減小，呈現(xiàn)剪切變稀性質(zhì)。溫度掃描結(jié)果表明，隨著溫度的增加，離子液體凝膠體系的彈性模量(G′)和粘性模量(G″)均增大，在整個溫度范圍內(nèi)G′>G″，凝膠體系表現(xiàn)固態(tài)彈性行為。凝膠體系tan δ隨溫度的增加先升高后減小，在測試范圍內(nèi)tan δ<1。凝膠體系的復合粘度η*隨溫度的升高而增加。在相同溫度、相同剪切速率及相同凝膠因子濃度的條件下，離子液體超分子凝膠體系的彈性模量G′和復合粘度η*均按BSDE-8，BSDM-8，