離子液體論文

1、題目：離子液體學院：化學與材料工程學院專業(yè)：無機功能材料班級：無機121學號：1510612130姓名：張鵬程時間:2014.4.13摘要：離子液體是近10年來在綠色化學的框架下發(fā)展起來的全新功能材料，具有不揮 發(fā)、不可燃、液態(tài)范圍寬、熱穩(wěn)定性好、溶解性好、物化性質可調等優(yōu)點，已 被作為催化劑、反應介質成功地應用于有機合成、電化學、分離提取及材料科 學等領域。研究開發(fā)新型離子液體并擴展其應用范圍，具有重要意義。近年來 其應用領域不斷擴大并迅猛發(fā)展，目前已從化學制備擴展到材料科學、環(huán)境科 學、工程技術、分析測試等諸多領域，并迅速在各領域形成研究熱點。一：離子液體簡介離子液體的定義離子液體是指全部

2、由離子組成的液體，如高溫下的KCI, KOH呈液體狀態(tài)， 此時它們就是離子液體。在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構成的物 質，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽（室溫離子液體常伴有氫鍵的存在，定 義為室溫熔融鹽有點勉強）、有機離子液體等，目前尚無統(tǒng)一的名稱，但傾 向于簡稱離子液體。離子液體的發(fā)展歷史離子液體的歷史可以追溯到1914年，當時Walden報道7（EtNH2）+ HNO3- 的合成（熔點12。這種物質由濃硝酸和乙胺反應制得，但是，由于其在 空氣中很不穩(wěn)定而極易發(fā)生爆炸，它的發(fā)現(xiàn)在當時并沒有引起人們的興趣， 這是最早的離子液體。1951年F.H.Hurley和T.P. Wiler首次合成

3、了在環(huán)境溫度下是液體狀態(tài)的離 子液體。他們選擇的陽離子是N-乙基毗啶，合成出的離子液體是漠化正乙 基毗啶和氯化鋁的混合物(氯化鋁和漠化乙基毗啶摩爾比為1:2)。但這種離 子液體的液體溫度范圍還是相對比較狹窄的，而且，氯化鋁離子液體遇水會 放出氯化氫，對皮膚有刺激作用。直到1976年，美國Colorado州立大學的Robert利用AIC13/N-EtPyCl作 電解液，進行有機電化學研究時，發(fā)現(xiàn)這種室溫離子液體是很好的電解液， 能和有機物混溶，不含質子，電化學窗口較寬。1992年Wilkes以1-甲基- 3-乙基咪唑為陽離子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑，在摩爾分數(shù)為50%的 AICl3存在下

4、，其熔點達到了 81。在這以后，離子液體的應用研究才真正 得到廣泛的開展。離子液體的分類正離子：烷基季銨離子、烷基季瞵離子、1, 3 -二烷基取代的咪唑離子、N-烷基取代的毗啶離子；負離子的不同可將離子液體分為兩大類:一類是鹵化鹽。其制備方法是將固 體的鹵化鹽與AlCl3混合即可得液態(tài)的離子液體,但因放熱量大，通?？山惶?將2種固體一點一點地加入已制好的同種離子液體中以利于散熱。此類離子 液體被研究得較早，對以其為溶劑的化學反應研究也較多。此類離子液體具 有離子液體的許多優(yōu)點，其缺點是對水極其敏感，要完全在真空或惰性氣氛下 進行處理和應用,質子和氧化物雜質的存在對在該類離子液體中進行的化學 反

5、應有決定性的影響。另一類離子液體,也被稱為新離子液體，是在1992年發(fā)現(xiàn)BF4的熔點為12 C以來發(fā)展起來的。這類離子液體不同于AlCl3離子液體,其組成是固定 的，而且其中許多品種對水、對空氣穩(wěn)定，因此近幾年取得驚人進展。其正離 子多為烷基取代的咪唑離子+ ,如+ ,負離子多用BF4-、PF6-,也有CF3 SO3-、(CF3 SO2 ) 2N-、C3 F7 COO-、C4 F9 SO3、CF3 COO-、(CF3 SO2 ) 3 C-、(C2 F5 SO2 ) 3 C-、(C2 F5 SO2 ) 2N-、SbF6-、AsF6、為負 離子的離子液體要注意防止爆炸(特別是干燥時)。二：離子液體

6、研究現(xiàn)狀與前景 我國對離子液體的研究起步相對晚，2003年，在鄧友全教授的帶領下，中科院 蘭州物理研究所成功地使用離子液體作為催化體系，用二氧化碳取代劇毒的光 氣和一氧化碳等應用于異氰氰酸酯中間體的合成，2005年，我國中科院過程工 程研究所自主開發(fā)成功了離子液體規(guī)?；苽淝鍧嵓夹g，解決了小規(guī)模制備原 料成本高、合成過程復雜、溶劑和原料循環(huán)利用差、污染嚴重、轉化率低等問 題。從理論上講離子液體可能有1萬億種，化學家和生產(chǎn)企業(yè)可以從中選擇適合自 己工作需要的離子液體。對離子液體的合成與應用研究主要集中在如何提高離 子液體的穩(wěn)定性，降低離子液體的生產(chǎn)成本，解決離子液體中高沸點有機物的分 離以及開發(fā)

7、既能用作催化反應溶劑，又能用作催化劑的離子液體新體系等領 域。隨著人們對離子液體認識的不斷深入，相信離子液體綠色溶劑的大規(guī)模工 業(yè)應用指日可待，并給人類帶來一個面貌全新的綠色化學高科技產(chǎn)業(yè)。三：離子液體的應用離子液體的一系列優(yōu)良的性質使其在諸多領域得到廣泛應用。高的熱穩(wěn)定性、 寬的液態(tài)溫度范圍、可調的酸堿性、極性、配位能力及對有機物、無機物、聚 合物、氣體等的溶解性使離子液體成為催化反應和有機合成的優(yōu)良反應介質和 催化劑;寬的電化學穩(wěn)定窗口和高的離子導電性，使離子液體成為電化學應用中 性質優(yōu)良的電解質和電化學合成的介質;可調的極性和溶解性使離子液體在金屬 分離、蛋白質提純、氣體吸附領域也顯示出

8、獨特的優(yōu)勢;較低的界面能、界面張 力以及良好的溶解性，使離子液體在納米材料合成領域也得到廣泛的應用。1.有機合成和催化領域的應用離子液體具有很寬的穩(wěn)定液態(tài)范圍、不易揮發(fā)、可調的酸堿性、極性和 配位能力以及對無機和有機物很好的溶解性，使離子液體在催化和有機合成 領域逐漸取代傳統(tǒng)使用的有毒和易揮發(fā)的有機溶劑。離子液體作為一種高效清潔和循環(huán)使用的溶劑和催化劑在有機反應中的 應用己經(jīng)成為有機合成和催化領域研究的熱點,并且在多種類型的有機反應 中都取得了極好的效果。烯烴的環(huán)氧化和二醇化，醇、芳香烴、烷烴的氧化及酮氧化合成酷的反 應都在離子液體體系中取得了很好的效果。離子液體中進行過渡金屬催化氫 化的反應

9、已經(jīng)成功地應用到撥基化合物、烯烴的加氫還原反應。在離子液體 中進行的Friedel Crafts烷基化反應、?；磻iels Alder反應、 Huck反應、偶聯(lián)反應、Knoevenagel反應、Michael反應等也都取得了比在 傳統(tǒng)溶劑中更好的效果10 11。如BmimPF6離子液體中進行的釘催化氫 化反應,選擇性可達到85%。電化學應用離子液體由于具有較高的導電率、較寬的穩(wěn)定電化學窗口、極低的蒸氣 壓,同時對水溶液和有機電解質體系難溶的有機或無機化合物有很好的溶解 性，因此作為電解質和溶劑在電化學領域得到廣泛的應用。目前有大量關于 離子液體在電化學沉積、電化學合成、燃料電池和電化學

10、器件中應用的研究 報道。材料化學的應用離子液體在材料合成中的應用在近幾年也得到了迅速的發(fā)展。其優(yōu)勢主要體 現(xiàn)在以下幾個方面:離子液體的蒸氣壓非常低,因此作為反應的介質，可使反應 在常壓下進行;離子液體對許多有機物、無機物甚至高聚物都有較好的溶解 性,為納米材料的合成提供良好的反應介質;離子液體的界面張力小，物質在離 子液體中的成核速度非?？?因而可以得到極細小的物質顆粒;離子液體的界 面能小以及容易形成氫鍵的性質，可以形成一定的有序結構，為材料的有序性 提供模板作用;離子液體優(yōu)良的電化學性質和吸收微波的能力，使其在電化學 沉積金屬納米材料和利用微波技術合成納米材料方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。氣體吸附

11、的應用由于離子液體的非揮發(fā)性和對氣體特別是CO2的良好溶解性，使離子液體在 CO2吸附方面的應用受到越來越多的關注。自從1999年Nature中首次報 道了 CO2可以溶解于離子液體中，隨后有大量工作致力于研究離子液體對 CO2的吸附能力。這些工作集中在咪哇類、毗睫類和季嶙類離子液體在不同 的溫度和壓力下對CO2的吸附能力和機理研究。這些離子液體包括以PF6- 、Tf2N-、TfO-、DCA-、BF4、NO3-、Me-為陰離子以 1,3 二烷 基咪唑、1,2,3三取代咪唑、氟代烷基咪唑、磺酸基咪唑、烷基毗啶和季 磷為陽離子的離子液體。結果顯示，這些離子液體在常溫常壓下對CO2的吸 附能力為0 02molCO2/IL左右。同時隨壓強增大，離子液體對CO2的吸附 能力增大,而溫度的改變對此影響較小。不同陰離子的咪哇類離子液體吸附 能力變化的順序為:Me-Tf2N-TfO-PF6-BF4-DCA-NO3-, 而陽離子的改變如改變咪唑環(huán)上的取代基或在2位上引入烷基對吸附能力的 影響都很小。分離純化方面的應用由于離子液體是離子態(tài)的物質、揮發(fā)性很低、不易燃、對熱穩(wěn)定，這就保證 了它對環(huán)境沒有以往揮發(fā)性有機溶劑所無法避免的污染。正因為如此，它被 稱為是一種綠色溶劑，可以被用來替代原有的有機溶劑作為反應和分離介質 來開發(fā)清潔工藝。由于環(huán)境的壓力在逐漸加大,對室溫離子液體的研究開發(fā)