別人的離子液體師范

1、概述分類性質(zhì)應(yīng)用展望主要內(nèi)容 通常把完全由離子組成、在373.15K 以下仍呈液態(tài)的物質(zhì)定義為室溫離子液體又稱離子液體，與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比，室溫離子液體具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn):幾乎沒有蒸氣壓，不揮發(fā)，無(wú)色，無(wú)嗅;具有較大的液相范圍，較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較寬的電化學(xué)窗口;通過(guò)對(duì)正、負(fù)離子的設(shè)計(jì)，可以合成各種對(duì)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和聚合物的溶解性不同的室溫離子液體。 室溫離子液體這些特殊性能，不僅為化學(xué)研究提供了一個(gè)嶄新領(lǐng)域，而且對(duì)解決現(xiàn)代工業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染問題將會(huì)有突破性進(jìn)展，因此，人們普遍認(rèn)為它將成為二十一世紀(jì)理想的綠色化學(xué)溶劑。概述分類根據(jù)陽(yáng)離子分類根據(jù)陰離子分類根據(jù)類型分類1、陽(yáng)離子分類離子名稱烷

2、基季銨離子烷基季磷離子烷基取代咪唑離子表達(dá)式例子烷基取代吡啶離子NRxH4-x+PRxH4-x+RRim+RPy+1-丁基3-甲基咪唑氯化1-丁基吡啶2、陰離子分類離子名稱鹵化鹽離子非鹵化鹽離子表達(dá)式MXn例子AlCl3 BrCl3BF4- PF6-2、根據(jù)類型分類離子型主要用于電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)中，可同時(shí)作溶劑和催化劑，但其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較差， 且不可遇水， 空氣中有水蒸氣也不行，使用不便。非離子型對(duì)水、大氣穩(wěn)定組成固定，隨著人們對(duì)離子液體研究的不斷深入， 離子液體品種已達(dá)到幾百種， 其中研究較多的陰離子有BF4、PF6、OTf （CF3SOs）、NTf2 N（CF3SO2）2等。新型離

3、子液體由含氮的有機(jī)雜環(huán)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)陰離子組成，與有機(jī)溶劑相比，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)。Macfarlane 等報(bào)道陰離子為N（CN）2的離子液體的粘度都較低；N烷基N乙烯基2吡咯烷酮的Br或BF4 鹽的離子液體成本低；新的陰離子CF3SO2NCOCF3（縮寫為TSAC）具有降低離子液體熔點(diǎn)與粘度的作用， 其與小分子季銨（烷基碳均不大于3）的結(jié)合也能夠形成一種新型離子液體。離子液體性質(zhì) 總體來(lái)說(shuō)，離子液體具有低揮發(fā)、不可燃及很高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)良特性， 在環(huán)境友好的催化反應(yīng)中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。離子液體作為“可設(shè)計(jì)溶劑”，隨著陽(yáng)離子和陰離子的變化，離子液體的物理和化學(xué)特性會(huì)在很大范圍內(nèi)相應(yīng)改變。但值

4、得注意的是， 離子液體的結(jié)構(gòu)與其物理化學(xué)性質(zhì)有直接的聯(lián)系。與傳統(tǒng)溶劑比較優(yōu)點(diǎn)離子液體優(yōu)點(diǎn)幾乎無(wú)蒸汽壓、不揮發(fā)、不燃、不爆炸熔點(diǎn)低，呈液態(tài)的溫度范圍廣，畫學(xué)和熱穩(wěn)定性較好溶解性好具有高極性潛力而非配位能力在一定的條件下表現(xiàn)出酸性甚至超強(qiáng)酸的酸性粘度大導(dǎo)電性好，電位窗寬后處理簡(jiǎn)單可循環(huán)用離子液體缺點(diǎn)造價(jià)昂貴生產(chǎn)困難種類過(guò)多，不可預(yù)測(cè)性變大 （1）Diels-Alder反應(yīng) Diels-Alder反應(yīng)在有機(jī)合成化學(xué)上是一個(gè)非常有用的碳)碳結(jié)合反應(yīng)。比較典型的反應(yīng)是環(huán)戊二烯與甲基丙烯酸甲酯的反應(yīng)（見下式），往往得到的是外型和內(nèi)型產(chǎn)品的混合物。 研究證實(shí)，溶劑的極性影響產(chǎn)品的內(nèi)型&外型選擇性，在

5、極性溶劑中容易得到內(nèi)型產(chǎn)品。這被解釋為非極性反應(yīng)物與極性溶劑之間的憎溶劑相互作用產(chǎn)生“內(nèi)壓”，促使反應(yīng)物在“溶劑空腔”中充分接觸，從而活化了生成更具極性的內(nèi)型產(chǎn)品的反應(yīng)。離子液體作為極性溶劑，對(duì)Diels-Alder反應(yīng)必定有顯著的影響。Fischer等在BMImBF4、BMImCF3SO3等離子液體中研究了這個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)的確趨向于得到內(nèi)型產(chǎn)物，而且反應(yīng)速度較快。Lee使用氯鋁酸鹽離子液體為溶劑和催化劑研究了Diels-Alder反應(yīng)反應(yīng)，反應(yīng)速率、立體選擇性和產(chǎn)率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于在傳統(tǒng)的極性和非極性溶劑中的反應(yīng)。1、有機(jī)合成催化和聚合反應(yīng)的溶劑 （2）氫化反應(yīng) 將離子液體用于氫化反應(yīng)始于1995年

6、，de Souza等在BMImBF4中研究了Rh催化的環(huán)己烯氫化。Chanvin等用含弱配位陰離子（PF6、BF4、SbF6等）的離子液體溶解陽(yáng)離子復(fù)合物Rh(nbd)(PPh3)2PF6(nbd為降冰片二烯），形成離子催化劑溶液，然后在其中研究了1-戊烯的氫化反應(yīng)（見下式），反應(yīng)速率比在普通溶劑中快幾倍，而且所用的離子催化劑溶液能被重復(fù)使用。 芳烴的氫化一直是化工行業(yè)中的重要問題，特別是柴油的氫化，主要使用多相催化技術(shù)。welton等利用離子液體的溶解特性，發(fā)展了 BMImBF4H4Ru4(-arene) BF4雙相系統(tǒng)催化氫化苯、甲苯等芳烴，盡管對(duì)轉(zhuǎn)化率沒有太大影響，但產(chǎn)品易分離、易純化，

7、且不會(huì)引起交叉污染。1、有機(jī)合成催化和聚合反應(yīng)的溶劑 分離提純回收產(chǎn)物一直是合成化學(xué)的難題，用水提取分離只適用于親水產(chǎn)物，蒸餾技術(shù)也不適宜用于揮發(fā)性差的產(chǎn)物，使用有機(jī)溶劑又會(huì)引起交叉污染?，F(xiàn)在，全世界每年的有機(jī)溶劑消耗達(dá)50億美元，對(duì)環(huán)境及人體健康構(gòu)成極大威脅。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在全世界范圍內(nèi)對(duì)綠色化學(xué)的呼聲越來(lái)越高，傳統(tǒng)的溶劑提取技術(shù)急待改進(jìn)。因此，設(shè)計(jì)安全的、環(huán)境友好的分離技術(shù)顯得越來(lái)越重要。離子液體具有其獨(dú)特的理化性能，非常適合作為分離提純的溶劑。尤其是在液(液提取分離上，離子液體能溶解某些有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)金屬化合物，而同大量的有機(jī)溶劑不混溶，其本身非常適合作為新的

8、液-液提取的介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，非揮發(fā)性有機(jī)物可用超臨界CO2從離子液體中提取，CO2溶在液體里促進(jìn)提取，而離子液體并不溶解在CO2中，因此可以回收純凈的產(chǎn)品。最近研究發(fā)現(xiàn)離子液體還可用于生物技術(shù)中的分離提取，如從發(fā)酵液中回收丁醇，蒸餾、全蒸發(fā)等方法都不經(jīng)濟(jì)，而離子液體因其不揮發(fā)性以及與水的不混溶性非常適合于從發(fā)酵液中回收丁醇。2、分離提純技術(shù) 離子液體是完全由離子組成的液態(tài)電解質(zhì)。20年前Osteryoung等就在離子液體中進(jìn)行了電化學(xué)研究，后來(lái)的研究展現(xiàn)了離子液體寬闊的電化學(xué)電位窗、良好的離子導(dǎo)電性等電化學(xué)特性，使其在電池、電容器、晶體管、電沉積等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。 離子液體用作電解液的

9、缺點(diǎn)是粘度太高，但只要混入少量有機(jī)溶劑就可以大大降低其粘度，并提高其離子電導(dǎo)率，再加上其高沸點(diǎn)、低蒸氣壓、寬闊的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗等優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合用于光電化學(xué)太陽(yáng)能電池的電解液。鋰離子電池一直被認(rèn)為是有吸引力的能源而被廣泛應(yīng)用，鑒于安全和穩(wěn)定性的考慮，人們一直在尋求具有高的鋰離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)材料。MacFarlane等設(shè)計(jì)出新型離子液體為塑晶網(wǎng)絡(luò)，再將鋰離子摻雜其中，由于這種晶格旋轉(zhuǎn)無(wú)序性且存在空位，鋰離子可在其中快速移動(dòng)，導(dǎo)電性好，使離子液體在二次電池上的應(yīng)用很有前景。3、電化學(xué)研究 電化學(xué)電容器作為高功率和高循環(huán)壽命電能儲(chǔ)存裝置受到廣泛關(guān)注。其中，含非水電解液的電化學(xué)電容器有更大的

10、電化學(xué)穩(wěn)定性，能提供更大的能量?jī)?chǔ)存。將離子液體與有機(jī)溶劑碳酸酯共溶優(yōu)化的電解液導(dǎo)電性高（ 20mS/cm），電化學(xué)電位窗寬（3.5V），鹽濃度高（1mol/L），雙層電容量大（120F/g，活性碳電極），非常適合用于電化學(xué)電容器的電解液。 盡管水溶液和有機(jī)電解質(zhì)是電沉積技術(shù)上的常用電解液，但是離子液體因其優(yōu)異的電化學(xué)特性顯示了其作為電沉積的電解液的潛力。例如，過(guò)渡金屬(鋁合金因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)、抗腐蝕性和磁特性而成為一類重要的材料，近幾年來(lái)，人們陸續(xù)成功的制備了Al-Co、Al-Ni、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr等合金，并且可以通過(guò)控制沉積電壓來(lái)調(diào)節(jié)合金的組成。純金屬或合金的電沉積需要比鋁更

11、負(fù)的還原電壓，在等量的ZnCl2-EMImCl中可電沉積得到純鋅，在SnCl2-NbCl5-EMImCl中可電沉積得到Nb-Sn合金。另外，稀土金屬和半導(dǎo)體金屬均可在離子液體中電沉積得到某些優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。 最近，有人將離子液體沉積在電極上以修飾電極，并進(jìn)行了電化學(xué)研究，觀察到水溶液中的離子可選擇性地分配進(jìn)離子液體，因此，可將離子液體用于陰離子定量檢測(cè)的電分析上。3、電化學(xué)研究離子液體的應(yīng)用前景離子液體的應(yīng)用前景1改善催化劑的使用效率2作為反應(yīng)清潔溶劑3污染物處理 離子液體作為一種新型的環(huán)保溶劑， 為綠色化學(xué)增添了新的內(nèi)容， 為天然生物大分子的加工和利用提供了新的機(jī)遇， 為催化領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。隨著當(dāng)代高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，離子液體必將在新材料的開發(fā)利用領(lǐng)域形成更多的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。然而離子液體畢竟是一類“新化學(xué)品”，其基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究尚不夠充分和深入。關(guān)于離子液體環(huán)境、安全和健康方面的評(píng)價(jià)和研究較為缺乏。離子液體的生產(chǎn)成