新型低温离子液体的合成及其电化学性能研究文献综述

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1、文献综述新型低温离子液体的合成及其电化学性能研究一、引言离子液体是完全由离子组成的液体，在低温下呈液态的盐，也称为低温熔融盐，它一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。最初离子液体的研究主要应用于电化学的研究，近年来离子液体作为绿色溶剂用于有机及高分子合成。它比传统有机溶剂和电解质有以下优点：（1）不挥发，无色、无嗅；（2）比较稳定的温度范围和化学稳定性及电化学稳定性；（3）通过不同的阴阳离子的设计调节它对无机物、水和有机物的溶解性。（4）含lewsi酸的离子液体，在一定的条件下表现出lewsi，brens

2、tedfraknlin酸甚至超强酸的酸性。（5）粘度大，它是优良的色谱固定相和修饰电极固定剂。（6）导电性好点位窗宽，可以用作许多物质的电解液。（7）后处理简单，可循环使用（8）制备简单，价格相对便宜。离子液体是传统挥发性溶剂的理想替代品，它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求,已经越来越被人们广泛认可和接受。二、离子液体的种类离子液体主要是由有机阳离子和无机阴离子构成。目前研究的离子

3、液体的阳离子有4类[1]，烷基季铵离子、烷基季磷离子、1,3-烷基取代的咪唑离子和N-基取代的吡啶离子。阴离子主要是BF4-PF6-NO3-CF3SO3-HSO4-AlCl4-等体积较大的阴离子。离子液体种类很多，大致上可以分为AlCl3型、非AlCl3型和其他特殊类型3种：（1）AlCl3型：主要用于电化学和化学反应中，可同时作溶剂和催化剂，但其热稳定性和化学稳定性较差，且不可遇水，空气中有水蒸气也不行，使用不便。（2）非AlCl3型：对水大气稳定且组成固定，随着人们对离子液体研究的不断深入，离子液体

4、品种已达到几百种，其中研究较多的阴离子有BF4-、PF6-、OTf2-［N(CF3SO2)2-］等[2]10（1）新型离子液体：由含氮的有机杂环阳离子和无机阴离子组成。三、离子液体的性质3.1热力学稳定性大部分的离子液体具有较高的热稳定性，文献中报道的分解温度接近400℃，在分解温度以下它们的蒸汽压几乎为零。不同阳离子的离子液体的热分解很相似，不同阴离子的离子液体，随着的亲水性增加而热稳定性降低。Ngo等[3]报道其稳定性顺序为：阴离子PF6¯>Tf2N¯>BF4¯>X¯。从1-丁基到1-十烷基，阳离子

5、的尺寸对其稳定性没有影响。Kosmulski等[4]在有保护气体的状态下，由快速热重分析得出：即使在200oC以下，10小时后，1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和1-癸基-3-甲基咪唑三氟甘露糖盐都有都有明显失重，这表明在该温度下这两种离子液体并不能够长期保持稳定。另一方面，相同条件下，在没有硅胶时，1-丁基-3-甲基咪唑三氟甘露糖盐更稳定。离子液体也会发生炭化，而这与阴离子的性质无关，但是咪唑环上侧链较短的盐则不容易炭化。3.2粘度离子液体应用的一大障碍是它的粘度。高粘度使反应物的扩散速率降低，并使反

6、应速率降低。现在的研究重点是寻找具有较低粘度的新型的、多功能离子液体[5-7]。离子液体的粘度通常比水的要大，同某些油的差不多，并且随着温度的升高而降低。一般来说，其粘度变化符合非Arrhenius行为，但有时符合Vogel-Tammann-Fulcher(VTF)方程。离子液体的粘度不随剪切速度的增加而变化，尽管发现其有很多非牛顿型流体的行为，还是把它们分类为牛顿型流体。Xu等[8]通过大量的阴离子和阳离子组合试验，发现阴、阳离子之间的范德华力增加其粘度增大。3-烷基-1-甲基咪唑六氟磷酸盐（Rmim

7、PF6）和3-烷基-1-甲基咪唑三氟磺酰亚胺盐（RmimTf2N）系列离子液体，发现它们的黏度随着n增大而增大（n为直线型烷基碳原子的个数）。然而，随阴离子不同，其变化的趋势不同，含Tf2N¯的离子液体的黏度与n呈线性关系，含PF6¯的离子液体具有更复杂的黏度特性。1-烷基-3-甲基咪唑盐的烷基有支链时通常粘度较小。由于降低了范德华力的作用，含多氟化阴离子的离子液体的黏度较低。氢键是影响离子液体粘度的又一个重要因素。Pringle[9]10报道的几种离子液体，阴离子从Tf2N¯到Ms2N¯，粘度有较大的

8、增加，主要是由于阴离子减小，产生氢键的原因。最后，无机阴离子的结构的对称性也是影响粘度的一个重要因素。对称性不同的阴离子所组成的离子液体的粘度减小的顺序为：Cl¯>PF6¯>BF4¯>NTf2¯。3.3溶解性发生在离子液体中的偶极粒子的溶剂化过程与发生在分子溶剂中的有着根本的不同。在极性溶剂中，主要是溶质分子在吸收光子的瞬间产生偶极，导致溶剂分子在其周围进行重排，因而产生溶解作用。在离子液体中的溶解主要是由于离子的运动产生的。介质的粘度是影