離子液體論文

1、題目：離子液體學(xué)院：化學(xué)與材料工程學(xué)院專業(yè)：無機(jī)功能材料班級(jí)：無機(jī)121學(xué)號(hào)：1510612130姓名：張鵬程時(shí)間:2014.4.13摘要：離子液體是近10年來在綠色化學(xué)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(zhì)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，已 被作為催化劑、反應(yīng)介質(zhì)成功地應(yīng)用于有機(jī)合成、電化學(xué)、分離提取及材料科 學(xué)等領(lǐng)域。研究開發(fā)新型離子液體并擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，具有重要意義。近年來 其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大并迅猛發(fā)展，目前已從化學(xué)制備擴(kuò)展到材料科學(xué)、環(huán)境科 學(xué)、工程技術(shù)、分析測(cè)試等諸多領(lǐng)域，并迅速在各領(lǐng)域形成研究熱點(diǎn)。一：離子液體簡(jiǎn)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(shí)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(gòu)成的物 質(zhì)，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(diǎn)勉強(qiáng)）、有機(jī)離子液體等，目前尚無統(tǒng)一的名稱，但傾 向于簡(jiǎn)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(dāng)時(shí)Walden報(bào)道7（EtNH2）+ HNO3- 的合成（熔點(diǎn)12。這種物質(zhì)由濃硝酸和乙胺反應(yīng)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(dāng)時(shí)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(yáng)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(duì)比較狹窄的，而且，氯化鋁離子液體遇水會(huì) 放出氯化氫，對(duì)皮膚有刺激作用。直到1976年，美國(guó)Colorado州立大學(xué)的Robert利用AIC13/N-EtPyCl作 電解液，進(jìn)行有機(jī)電化學(xué)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種室溫離子液體是很好的電解液， 能和有機(jī)物混溶，不含質(zhì)子，電化學(xué)窗口較寬。1992年Wilkes以1-甲基- 3-乙基咪唑?yàn)殛?yáng)離子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑，在摩爾分?jǐn)?shù)為50%的 AICl3存在下

4、，其熔點(diǎn)達(dá)到了 81。在這以后，離子液體的應(yīng)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(fù)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，通常可交替 將2種固體一點(diǎn)一點(diǎn)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(duì)以其為溶劑的化學(xué)反應(yīng)研究也較多。此類離子液體具 有離子液體的許多優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是對(duì)水極其敏感，要完全在真空或惰性氣氛下 進(jìn)行處理和應(yīng)用,質(zhì)子和氧化物雜質(zhì)的存在對(duì)在該類離子液體中進(jìn)行的化學(xué) 反

5、應(yīng)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(diǎn)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(duì)水、對(duì)空氣穩(wěn)定，因此近幾年取得驚人進(jìn)展。其正離 子多為烷基取代的咪唑離子+ ,如+ ,負(fù)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(fù) 離子的離子液體要注意防止爆炸(特別是干燥時(shí))。二：離子液體

6、研究現(xiàn)狀與前景 我國(guó)對(duì)離子液體的研究起步相對(duì)晚，2003年，在鄧友全教授的帶領(lǐng)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(yīng)用于異氰氰酸酯中間體的合成，2005年，我國(guó)中科院過程工 程研究所自主開發(fā)成功了離子液體規(guī)模化制備清潔技術(shù)，解決了小規(guī)模制備原 料成本高、合成過程復(fù)雜、溶劑和原料循環(huán)利用差、污染嚴(yán)重、轉(zhuǎn)化率低等問 題。從理論上講離子液體可能有1萬(wàn)億種，化學(xué)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(duì)離子液體的合成與應(yīng)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(diǎn)有機(jī)物的分 離以及開發(fā)

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

8、獨(dú)特的優(yōu)勢(shì);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(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。1.有機(jī)合成和催化領(lǐng)域的應(yīng)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(diào)的酸堿性、極性和 配位能力以及對(duì)無機(jī)和有機(jī)物很好的溶解性，使離子液體在催化和有機(jī)合成 領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)使用的有毒和易揮發(fā)的有機(jī)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(jī)反應(yīng)中的 應(yīng)用己經(jīng)成為有機(jī)合成和催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),并且在多種類型的有機(jī)反應(yīng) 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(yīng)都在離子液體體系中取得了很好的效果。離子液體中進(jìn)行過渡金屬催化氫 化的反應(yīng)

9、已經(jīng)成功地應(yīng)用到撥基化合物、烯烴的加氫還原反應(yīng)。在離子液體 中進(jìn)行的Friedel Crafts烷基化反應(yīng)、?；磻?yīng)、Diels Alder反應(yīng)、 Huck反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)、Knoevenagel反應(yīng)、Michael反應(yīng)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(jìn)行的釘催化氫 化反應(yīng),選擇性可達(dá)到85%。電化學(xué)應(yīng)用離子液體由于具有較高的導(dǎo)電率、較寬的穩(wěn)定電化學(xué)窗口、極低的蒸氣 壓,同時(shí)對(duì)水溶液和有機(jī)電解質(zhì)體系難溶的有機(jī)或無機(jī)化合物有很好的溶解 性，因此作為電解質(zhì)和溶劑在電化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前有大量關(guān)于 離子液體在電化學(xué)沉積、電化學(xué)合成、燃料電池和電化學(xué)

10、器件中應(yīng)用的研究 報(bào)道。材料化學(xué)的應(yīng)用離子液體在材料合成中的應(yīng)用在近幾年也得到了迅速的發(fā)展。其優(yōu)勢(shì)主要體 現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:離子液體的蒸氣壓非常低,因此作為反應(yīng)的介質(zhì)，可使反應(yīng) 在常壓下進(jìn)行;離子液體對(duì)許多有機(jī)物、無機(jī)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(yīng)介質(zhì);離子液體的界面張力小，物質(zhì)在離 子液體中的成核速度非常快,因而可以得到極細(xì)小的物質(zhì)顆粒;離子液體的界 面能小以及容易形成氫鍵的性質(zhì)，可以形成一定的有序結(jié)構(gòu)，為材料的有序性 提供模板作用;離子液體優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)和吸收微波的能力，使其在電化學(xué) 沉積金屬納米材料和利用微波技術(shù)合成納米材料方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。氣體吸附

11、的應(yīng)用由于離子液體的非揮發(fā)性和對(duì)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(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。自從1999年Nature中首次報(bào) 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(duì) 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(duì)CO2的吸附能力和機(jī)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(yáng)離子的離子液體。結(jié)果顯示，這些離子液體在常溫常壓下對(duì)CO2的吸 附能力為0 02molCO2/IL左右。同時(shí)隨壓強(qiáng)增大，離子液體對(duì)CO2的吸附 能力增大,而溫度的改變對(duì)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?yàn)?Me-Tf2N-TfO-PF6-BF4-DCA-NO3-, 而陽(yáng)離子的改變?nèi)绺淖冞溥颦h(huán)上的取代基或在2位上引入烷基對(duì)吸附能力的 影響都很小。分離純化方面的應(yīng)用由于離子液體是離子態(tài)的物質(zhì)、揮發(fā)性很低、不易燃、對(duì)熱穩(wěn)定，這就保證 了它對(duì)環(huán)境沒有以往揮發(fā)性有機(jī)溶劑所無法避免的污染。正因?yàn)槿绱?，它?稱為是一種綠色溶劑，可以被用來替代原有的有機(jī)溶劑作為反應(yīng)和分離介質(zhì) 來開發(fā)清潔工藝。由于環(huán)境的壓力在逐漸加大,對(duì)室溫離子液體的研究開發(fā)