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文檔簡(jiǎn)介
22/27無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的應(yīng)用第一部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度研究 2第二部分無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體理化性質(zhì)的影響 5第三部分無(wú)機(jī)鹽作為離子液體催化劑的角色 8第四部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中的應(yīng)用 11第五部分無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體電化學(xué)性能的影響 13第六部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用 16第七部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中的作用 19第八部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體功能材料中的應(yīng)用 22
第一部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度研究關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)無(wú)機(jī)鹽在離子液體的溶解度預(yù)測(cè)
1.溶解度預(yù)測(cè)模型:建立основанныхнатермодинамическихпринципах、基于термодинамическихпринципах溶解度預(yù)測(cè)模型,考慮離子液體和無(wú)機(jī)鹽的相互作用。
2.量子化學(xué)計(jì)算:利用量子化學(xué)計(jì)算方法,如密度泛函理論(DFT),計(jì)算離子液體和無(wú)機(jī)鹽之間的相互作用能,為溶解度預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。
3.機(jī)器學(xué)習(xí)算法:應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法,如支持向量機(jī)(SVM)和隨機(jī)森林(RF),基于已有的溶解度數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型,實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的溶解度預(yù)測(cè)。
無(wú)機(jī)鹽溶解度的影響因素
1.離子液體的性質(zhì):離子液體的陽(yáng)離子、陰離子結(jié)構(gòu)和極性對(duì)無(wú)機(jī)鹽溶解度有顯著影響。
2.無(wú)機(jī)鹽的性質(zhì):無(wú)機(jī)鹽的離子半徑、電荷和水化程度影響其在離子液體中的溶解度。
3.溫度和壓力:溫度和壓力會(huì)改變離子液體和無(wú)機(jī)鹽之間的相互作用,從而影響溶解度。
無(wú)機(jī)鹽溶解度的應(yīng)用
1.電化學(xué)器件:無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的高溶解度使其可應(yīng)用于電化學(xué)器件,如電池、超級(jí)電容器和電催化劑。
2.分離過(guò)程:利用無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的不同溶解度,可實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的分離。
3.催化反應(yīng):無(wú)機(jī)鹽在離子液體中可作為均相催化劑或協(xié)催化劑,提高催化反應(yīng)的效率和選擇性。
離子液體中無(wú)機(jī)鹽溶解度的趨勢(shì)和前沿
1.高溫穩(wěn)定性:開(kāi)發(fā)在高溫條件下仍具有高溶解度的離子液體,以滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。
2.環(huán)境友好性:設(shè)計(jì)基于可再生資源或生物基材料的離子液體,減少對(duì)環(huán)境的影響。
3.多功能性:探索具有多種功能的離子液體,如同時(shí)具有高溶解度、電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性的離子液體。無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度研究
離子液體(ILs)是一類獨(dú)特的溶劑,由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),近年來(lái)引起了廣泛的研究興趣。無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度是研究離子液體溶解行為的關(guān)鍵方面,對(duì)于理解離子液體在各種應(yīng)用中的行為至關(guān)重要。
溶解機(jī)理
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象,涉及多種相互作用。主要溶解機(jī)理包括:
*離子締合:無(wú)機(jī)鹽陽(yáng)離子和陰離子與離子液體離子形成離子對(duì),降低了鹽的溶解度。
*溶劑化:離子液體離子與無(wú)機(jī)鹽離子相互作用,形成溶劑化鞘,增加了鹽的溶解度。
*電荷匹配:離子液體的電荷與無(wú)機(jī)鹽的電荷匹配時(shí),溶解度會(huì)增加。
*溶解焓:溶解過(guò)程中的焓變對(duì)溶解度有影響,正焓變導(dǎo)致溶解度降低。
溶解度的影響因素
影響無(wú)機(jī)鹽在離子液體中溶解度的因素包括:
*離子液體陽(yáng)離子:陽(yáng)離子的大小、形狀和電荷影響離子液體與無(wú)機(jī)鹽離子的相互作用。
*離子液體陰離子:陰離子的極性和配位能力影響離子液體的溶劑化能力。
*無(wú)機(jī)鹽類型:無(wú)機(jī)鹽的陽(yáng)離子和陰離子的尺寸、電荷和水合能影響其在離子液體中的溶解度。
*溫度:溫度升高通常會(huì)增加無(wú)機(jī)鹽的溶解度,因?yàn)闊崮芸梢钥朔x子締合和溶解熵的變化。
溶解度數(shù)據(jù)的測(cè)量
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度數(shù)據(jù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲得的。常見(jiàn)的方法包括:
*重量法:直接測(cè)量離子液體與無(wú)機(jī)鹽混合物中殘留固體質(zhì)量,計(jì)算溶解度。
*電導(dǎo)法:測(cè)量離子液體溶液的電導(dǎo)率,并通過(guò)與已知溶解度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較來(lái)計(jì)算溶解度。
*光譜法:使用紫外-可見(jiàn)光譜、紅外光譜或核磁共振(NMR)光譜等技術(shù)來(lái)檢測(cè)離子液體溶液中無(wú)機(jī)鹽的濃度。
應(yīng)用
對(duì)無(wú)機(jī)鹽在離子液體中溶解度的研究在以下領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用:
*電池電解液:離子液體溶解的無(wú)機(jī)鹽可以作為電池電解液的高效離子載體。
*催化:溶解在離子液體中的無(wú)機(jī)鹽可以作為催化劑或催化劑載體,提高反應(yīng)速率和選擇性。
*溶劑萃?。弘x子液體中的無(wú)機(jī)鹽用于從水性溶液中提取金屬離子或有機(jī)物。
*電化學(xué)傳感器:溶解在離子液體中的無(wú)機(jī)鹽可以作為電化學(xué)傳感器中的電活性物質(zhì)。
*熱傳導(dǎo)流體:離子液體溶解的無(wú)機(jī)鹽可以作為熱傳導(dǎo)流體的添加劑,提高傳熱效率。
溶解度數(shù)據(jù)庫(kù)
目前,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多個(gè)溶解度數(shù)據(jù)庫(kù),匯集了各種無(wú)機(jī)鹽在不同離子液體中的溶解度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于指導(dǎo)離子液體在各種應(yīng)用中的選擇和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
結(jié)論
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的溶解度研究對(duì)于了解離子液體溶解行為和預(yù)測(cè)其在各種應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。通過(guò)深入的研究,可以開(kāi)發(fā)出具有特定溶解度和離子相互作用特性的離子液體,以滿足不同的應(yīng)用需求。第二部分無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體理化性質(zhì)的影響關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)粘度
1.無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體的粘度影響主要取決于鹽陰離子的大小和電荷密度。陰離子半徑越大,電荷密度越小,粘度越低。
2.對(duì)于相同陽(yáng)離子的離子液體,陰離子順序?yàn)镻F6->BF4->Cl->NO3-,粘度依次減小。
3.鹽的濃度也會(huì)影響粘度,一般來(lái)說(shuō),隨著鹽濃度的增加,粘度增加,這是由于離子間相互作用的增強(qiáng)。
密度
1.無(wú)機(jī)鹽的添加通常會(huì)增加離子液體的密度,這是因?yàn)辂}離子比離子液體本身更重。
2.鹽離子的密度與陰離子的電荷密度和陽(yáng)離子的體積有關(guān)。電荷密度越大,陽(yáng)離子體積越小,密度越大。
3.對(duì)于相同陽(yáng)離子的離子液體,陰離子順序?yàn)锽F4->PF6->Cl->NO3-,密度依次增加。
熱穩(wěn)定性
1.無(wú)機(jī)鹽的添加可以提高離子液體的熱穩(wěn)定性,這是因?yàn)辂}離子可以形成穩(wěn)定的配位絡(luò)合物,從而增強(qiáng)離子液體中離子的相互作用力。
2.鹽陰離子的種類對(duì)熱穩(wěn)定性的影響取決于其配位能力和熱穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō),配位能力越強(qiáng),熱穩(wěn)定性越好。
3.對(duì)于相同陽(yáng)離子的離子液體,陰離子順序?yàn)锽F4->PF6->Cl->NO3-,熱穩(wěn)定性依次提高。
電導(dǎo)率
1.無(wú)機(jī)鹽的添加會(huì)降低離子液體的電導(dǎo)率,這是因?yàn)辂}離子與離子液體中現(xiàn)有的離子競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)電路徑。
2.鹽陰離子的種類和濃度對(duì)電導(dǎo)率的影響取決于其大小、電荷和離子締合能力。較小的陰離子、低電荷和較弱的離子締合能力有利于提高電導(dǎo)率。
3.對(duì)于相同陽(yáng)離子的離子液體,陰離子順序?yàn)锽F4->PF6->Cl->NO3-,電導(dǎo)率依次降低。
溶解度
1.無(wú)機(jī)鹽的添加可以改變離子液體的極性,從而影響其對(duì)不同溶質(zhì)的溶解度。
2.與離子液體本身相比,加入親脂性陰離子的鹽(如BF4-)可以提高離子液體的溶解極性溶劑的能力,而加入親水性陰離子的鹽(如NO3-)可以提高其溶解水的能力。
3.鹽離子的種類和濃度也會(huì)影響溶解度,一般來(lái)說(shuō),離子締合能力強(qiáng)的鹽溶解度較低。
電化學(xué)窗口
1.無(wú)機(jī)鹽的添加可以擴(kuò)大離子液體的電化學(xué)窗口,這是因?yàn)辂}離子可以鈍化電極表面,減少電極反應(yīng)發(fā)生的可能性。
2.鹽陰離子的氧化還原電位對(duì)電化學(xué)窗口的影響至關(guān)重要。陰離子氧化還原電位越正,電化學(xué)窗口越寬。
3.對(duì)于相同陽(yáng)離子的離子液體,陰離子順序?yàn)锽F4->PF6->Cl->NO3-,電化學(xué)窗口依次擴(kuò)大。無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體理化性質(zhì)的影響
無(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)離子液體的理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響,包括密度、粘度、極性、導(dǎo)電性、溶劑化能力、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。
密度
無(wú)機(jī)鹽的加入通常會(huì)增加離子液體的密度,這是由于無(wú)機(jī)鹽離子與離子液體離子之間形成相互作用,導(dǎo)致溶液體積減小。例如,在[BMIM][PF6]中加入LiCl,密度從1.36g/cm3增加到1.45g/cm3。
粘度
無(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)離子液體的粘度影響較為復(fù)雜,具體取決于無(wú)機(jī)鹽的類型和濃度。一般來(lái)說(shuō),較小的無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)導(dǎo)致離子液體的粘度降低,而較大的無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)增加粘度。例如,在[EMIM][BF4]中加入LiCl會(huì)降低粘度,而加入[FeCl4]則會(huì)增加粘度。
極性
無(wú)機(jī)鹽的加入可以改變離子液體的極性。極性的無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)使離子液體變得更加極性,例如加入LiCl會(huì)增加[BMIM][PF6]的極性。而非極性的無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)使離子液體變得更加非極性,例如加入[KPF6]會(huì)降低[EMIM][BF4]的極性。
導(dǎo)電性
無(wú)機(jī)鹽的加入會(huì)影響離子液體的導(dǎo)電性,具體取決于無(wú)機(jī)鹽離子的類型和濃度。一般來(lái)說(shuō),導(dǎo)電性較好的無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)提高離子液體的導(dǎo)電性,例如加入LiCl會(huì)增加[BMIM][PF6]的導(dǎo)電性。而導(dǎo)電性較差的無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)降低離子液體的導(dǎo)電性,例如加入[AlCl3]會(huì)降低[EMIM][BF4]的導(dǎo)電性。
溶劑化能力
無(wú)機(jī)鹽的加入會(huì)影響離子液體的溶劑化能力。極性無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)使離子液體變得更加極性,從而提高其溶解極性溶質(zhì)的能力。例如,加入LiCl會(huì)提高[BMIM][PF6]對(duì)極性染料的溶解能力。而非極性無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)使離子液體變得更加非極性,從而降低其溶解極性溶質(zhì)的能力。例如,加入[KPF6]會(huì)降低[EMIM][BF4]對(duì)極性染料的溶解能力。
熱穩(wěn)定性
無(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)離子液體的熱穩(wěn)定性有不同影響。一些無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)提高離子液體的熱穩(wěn)定性,例如加入LiCl會(huì)提高[BMIM][PF6]的分解溫度。而另一些無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)降低離子液體的熱穩(wěn)定性,例如加入[AlCl3]會(huì)降低[EMIM][BF4]的分解溫度。
化學(xué)穩(wěn)定性
無(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)離子液體的化學(xué)穩(wěn)定性也有不同影響。一些無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)提高離子液體的化學(xué)穩(wěn)定性,例如加入LiCl會(huì)提高[BMIM][PF6]對(duì)空氣和水解的穩(wěn)定性。而另一些無(wú)機(jī)鹽離子則會(huì)降低離子液體的化學(xué)穩(wěn)定性,例如加入[FeCl3]會(huì)降低[EMIM][BF4]對(duì)空氣和水解的穩(wěn)定性。
總之,無(wú)機(jī)鹽的加入對(duì)離子液體的理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響,具體影響取決于無(wú)機(jī)鹽的類型和濃度。通過(guò)精調(diào)無(wú)機(jī)鹽的類型和濃度,可以優(yōu)化離子液體的性能,使其適用于特定的應(yīng)用場(chǎng)合。第三部分無(wú)機(jī)鹽作為離子液體催化劑的角色無(wú)機(jī)鹽作為離子液體催化劑的角色
前言
離子液體作為一種新型的綠色溶劑,在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)機(jī)鹽在離子液體中扮演著重要的催化劑角色,能夠顯著提高反應(yīng)效率和產(chǎn)物選擇性。
催化機(jī)理
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中可以作為親電試劑、親核試劑、路易斯酸或路易斯堿,通過(guò)與反應(yīng)物相互作用,激活反應(yīng)活性位點(diǎn)或穩(wěn)定過(guò)渡態(tài),從而加速反應(yīng)進(jìn)程。
催化活性
無(wú)機(jī)鹽的催化活性受多種因素影響,包括:
*離子液體種類:不同離子液體具有不同的溶劑化能力和離子強(qiáng)度,影響無(wú)機(jī)鹽的溶解度和催化活性。
*無(wú)機(jī)鹽類型:不同無(wú)機(jī)鹽具有不同的電子結(jié)構(gòu)和催化特性,如路易斯酸性或路易斯堿性。
*反應(yīng)體系:反應(yīng)條件(如溫度、壓力、反應(yīng)物濃度)會(huì)影響無(wú)機(jī)鹽的催化效率。
應(yīng)用舉例
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中已被廣泛應(yīng)用于各種催化反應(yīng)中,包括:
*烯烴聚合:無(wú)機(jī)鹽(如三氯化鐵或四氯化鈦)作為齊格勒-納塔催化劑,用于烯烴的高效聚合。
*烷基化反應(yīng):無(wú)機(jī)鹽(如氟化鋁酸鹽或氯化鋁)作為路易斯酸催化劑,促進(jìn)烷基化反應(yīng)的進(jìn)行。
*酯化反應(yīng):無(wú)機(jī)鹽(如四甲基氟化銨)作為路易斯堿催化劑,促進(jìn)酯化反應(yīng)的效率。
*氧化反應(yīng):無(wú)機(jī)鹽(如過(guò)渡金屬鹽)作為氧化催化劑,促進(jìn)有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)。
*氫化反應(yīng):無(wú)機(jī)鹽(如氫化鋁鋰)作為氫化催化劑,促進(jìn)有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)。
催化性能優(yōu)化
為了進(jìn)一步提高無(wú)機(jī)鹽的催化性能,可以采用以下策略:
*協(xié)同催化:將不同類型的無(wú)機(jī)鹽組合使用,形成更有效的催化體系。
*改性催化劑:通過(guò)表面改性或負(fù)載到載體上,增強(qiáng)無(wú)機(jī)鹽的穩(wěn)定性和催化活性。
*反應(yīng)條件優(yōu)化:通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力和反應(yīng)物濃度,優(yōu)化無(wú)機(jī)鹽的催化效率。
實(shí)例
離子液體催化的乙苯烷基化反應(yīng):
在[BMIM]BF4離子液體中,以三氯化鐵(FeCl3)為催化劑,乙苯與正丁醇反應(yīng)生成乙基正丁基醚。FeCl3作為路易斯酸催化劑,激活乙苯分子,促進(jìn)親核取代反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)條件優(yōu)化后,催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的活性,乙基正丁基醚收率高達(dá)99%。
離子液體催化的烯烴聚合反應(yīng):
在[EMIM]PF6離子液體中,以三氯化鈦(TiCl3)為催化劑,乙烯聚合制得高密度聚乙烯。TiCl3作為齊格勒-納塔催化劑,與乙烯分子配位后,形成活性中心,促進(jìn)烯烴的加成聚合反應(yīng)。通過(guò)改變催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件,可以調(diào)節(jié)聚乙烯的分子量和結(jié)晶度。
結(jié)論
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中作為催化劑,展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,顯著提高了反應(yīng)效率和產(chǎn)物選擇性。通過(guò)優(yōu)化催化體系、改性催化劑和調(diào)控反應(yīng)條件,可以進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)機(jī)鹽的催化活性,使其在綠色催化領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。第四部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中的應(yīng)用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱:無(wú)機(jī)鹽在雙電層電容器電解質(zhì)中的應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽可以增強(qiáng)電解液的離子電導(dǎo)率,提高雙電層電容器的充放電速率和能量密度。
2.無(wú)機(jī)鹽可以調(diào)控電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)和電化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)化電極/電解液界面,提高電容器的循環(huán)壽命和安全性。
3.無(wú)機(jī)鹽的種類和濃度對(duì)雙電層電容器的性能影響顯著,需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化選擇合適的鹽類型和濃度,以獲得最佳性能。
主題名稱:無(wú)機(jī)鹽在電池電解質(zhì)中的應(yīng)用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中的應(yīng)用
離子液體因其獨(dú)特的理化性質(zhì),如高熱穩(wěn)定性、寬電化學(xué)窗口、可調(diào)溶劑性等,被廣泛用于電化學(xué)器件中。無(wú)機(jī)鹽作為離子液體的添加劑,可進(jìn)一步調(diào)控離子液體的性質(zhì),滿足特定電化學(xué)應(yīng)用的需求。
電解質(zhì)溶解度提升
無(wú)機(jī)鹽的加入可提高電解質(zhì)中活性物質(zhì)的溶解度。例如,在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])中添加LiPF6,可顯著增加Li+離子的溶解度。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽與離子液體之間的相互作用改變了離子液體的溶劑化鞘,從而降低了活性物質(zhì)的溶解能壘。
離子電導(dǎo)率調(diào)控
無(wú)機(jī)鹽的加入可調(diào)控離子液體的離子電導(dǎo)率。例如,在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMIM][BF4])中添加LiClO4,可提高離子電導(dǎo)率。這是因?yàn)長(zhǎng)iClO4解離后產(chǎn)生的Li+離子具有較高的遷移率,促進(jìn)了離子傳輸。
電化學(xué)窗口擴(kuò)展
無(wú)機(jī)鹽的加入可擴(kuò)大離子液體的電化學(xué)窗口。例如,在1-丁基-3-甲基咪唑氯化鋁([BMIM][AlCl4])中添加LiCl,可將電化學(xué)窗口從3.0V擴(kuò)展至4.5V以上。這是因?yàn)長(zhǎng)iCl的加入抑制了離子液體的分解反應(yīng),從而提高了電化學(xué)穩(wěn)定性。
電極材料界面調(diào)控
無(wú)機(jī)鹽的加入可調(diào)控電極材料與離子液體的界面性質(zhì)。例如,在1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([EMIM][PF6])中添加LiPF6,可改善鋰離子電池正極材料LiCoO2與離子液體的界面接觸,從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
特定應(yīng)用
*鋰離子電池:無(wú)機(jī)鹽如LiClO4、LiPF6等已被廣泛用于鋰離子電池電解質(zhì)中,以提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和界面穩(wěn)定性。
*超級(jí)電容器:無(wú)機(jī)鹽如KNO3、Na2SO4等已被用于超級(jí)電容器的電解質(zhì)中,以提高電容器的能量密度和功率密度。
*燃料電池:無(wú)機(jī)鹽如Cs2CO3、K2CO3等已被用于燃料電池的電解質(zhì)中,以改善電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性。
*電鍍:無(wú)機(jī)鹽如NaCl、CuSO4等已被用于電鍍電解液中,以提高電鍍層的質(zhì)量和性能。
研究進(jìn)展
目前,無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中的應(yīng)用仍是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。研究的重點(diǎn)包括:
*無(wú)機(jī)鹽與離子液體相互作用機(jī)制的探索
*無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體性質(zhì)的調(diào)控規(guī)律
*無(wú)機(jī)鹽在電化學(xué)器件中的應(yīng)用優(yōu)化
*新型無(wú)機(jī)鹽的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用
綜上所述,無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中具有廣泛的應(yīng)用,可通過(guò)調(diào)控離子液體的溶解度、離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口、界面性質(zhì)等,滿足特定電化學(xué)應(yīng)用的需求。隨著研究的深入,無(wú)機(jī)鹽在離子液體電解質(zhì)中的應(yīng)用將進(jìn)一步拓展,為電化學(xué)器件的發(fā)展提供新的機(jī)遇。第五部分無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體電化學(xué)性能的影響關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱:無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體電化學(xué)窗口的影響
1.無(wú)機(jī)鹽的陽(yáng)離子通過(guò)對(duì)陰離子的配位和成鍵,可以有效地?cái)U(kuò)大離子液體的電化學(xué)窗口,提高其電化學(xué)穩(wěn)定性。
2.陽(yáng)離子類型對(duì)電化學(xué)窗口的影響主要取決于其大小、電荷密度和溶劑化能力。
3.對(duì)于同一陽(yáng)離子,無(wú)機(jī)鹽陰離子的選擇也對(duì)電化學(xué)窗口有顯著影響,較弱配位的陰離子通常導(dǎo)致更寬的電化學(xué)窗口。
主題名稱:無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體電導(dǎo)率的影響
無(wú)機(jī)鹽對(duì)離子液體電化學(xué)性能的影響
簡(jiǎn)介
離子液體作為新型電解質(zhì)材料,因其獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì),如寬電位窗口、高離子電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性好,受到廣泛關(guān)注。無(wú)機(jī)鹽作為離子液體中的添加劑,可以顯著改變其電化學(xué)性能,使其在各種電化學(xué)應(yīng)用中極具潛力。
離子電導(dǎo)率
無(wú)機(jī)鹽的加入一般會(huì)降低離子液體的離子電導(dǎo)率。這主要是由于無(wú)機(jī)鹽的離子與離子液體離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)性溶劑化,導(dǎo)致離子液體離子運(yùn)動(dòng)性下降。例如,在[BMIM][BF4]離子液體中添加LiCl,離子電導(dǎo)率會(huì)下降,這是因?yàn)長(zhǎng)i+離子與[BMIM]+離子競(jìng)爭(zhēng)BF4-陰離子。
電位窗口
無(wú)機(jī)鹽的加入可以拓寬離子液體的電位窗口。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽離子可以參與電解反應(yīng),從而消耗電荷并保護(hù)離子液體免受氧化或還原。例如,在[EMIM][TFSI]離子液體中添加LiCl,電位窗口從2.0V擴(kuò)展到2.5V,這是因?yàn)長(zhǎng)i+離子參與了電解反應(yīng),形成Li+和電子,從而消耗了陽(yáng)極上的電荷。
溶解度
無(wú)機(jī)鹽的加入可以提高難溶物質(zhì)在離子液體中的溶解度。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽離子可以與難溶物質(zhì)形成絡(luò)合物,從而提高其在離子液體中的溶解度。例如,在[BMIM][PF6]離子液體中添加LiCl,可以提高苯甲酸的溶解度,這是因?yàn)長(zhǎng)i+離子與苯甲酸陰離子形成絡(luò)合物。
電極界面
無(wú)機(jī)鹽的加入可以改變離子液體與電極之間的界面。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽離子可以吸附在電極表面,從而改變電極的表面性質(zhì)。例如,在[EMIM][TFSI]離子液體中添加LiCl,可以增強(qiáng)鋰離子電池正極材料LiFePO4的電化學(xué)性能,這是因?yàn)長(zhǎng)i+離子吸附在LiFePO4表面,促進(jìn)鋰離子嵌入/脫出過(guò)程。
穩(wěn)定性
無(wú)機(jī)鹽的加入可以提高離子液體的穩(wěn)定性。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽離子可以與離子液體離子形成離子對(duì),從而降低離子液體離子的反應(yīng)性。例如,在[BMIM][BF4]離子液體中添加LiCl,可以提高離子液體的熱穩(wěn)定性,這是因?yàn)長(zhǎng)i+離子與BF4-陰離子形成離子對(duì),降低了離子液體離子的自由度,從而抑制了熱分解反應(yīng)。
應(yīng)用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中的應(yīng)用包括:
*電解質(zhì)材料:無(wú)機(jī)鹽可以作為離子液體中的添加劑,改善其離子電導(dǎo)率、電位窗口和穩(wěn)定性,從而使其適用于各種電化學(xué)應(yīng)用,如電池、燃料電池和電容器。
*催化劑:無(wú)機(jī)鹽可以與離子液體中的催化劑相互作用,增強(qiáng)催化活性并提高催化劑穩(wěn)定性。
*傳感器:無(wú)機(jī)鹽可以作為離子液體的傳感器元件,提高傳感器靈敏度和選擇性。
*溶劑:無(wú)機(jī)鹽可以與離子液體混合形成溶劑體系,用于溶解和萃取難溶物質(zhì)。
結(jié)論
無(wú)機(jī)鹽的加入可以顯著改變離子液體的電化學(xué)性能,使其在各種電化學(xué)應(yīng)用中極具潛力。通過(guò)合理選擇無(wú)機(jī)鹽類型和濃度,可以優(yōu)化離子液體的電化學(xué)性能,滿足不同電化學(xué)應(yīng)用的需求。第六部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的電解質(zhì)應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽增強(qiáng)離子液體的離子電導(dǎo)率,從而提高電池性能。
2.某些無(wú)機(jī)鹽可穩(wěn)定離子液體電解質(zhì),延長(zhǎng)電池壽命。
3.無(wú)機(jī)鹽與離子液體相互作用,形成復(fù)雜的離子對(duì),影響電池電化學(xué)行為。
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的電極材料應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽摻雜可改變電極材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),提高材料的電化學(xué)活性。
2.無(wú)機(jī)鹽可作為電極材料的表面改性劑,促進(jìn)電極與離子液體的界面反應(yīng)。
3.無(wú)機(jī)鹽參與電池電化學(xué)反應(yīng),影響電池容量和庫(kù)倫效率。
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的隔膜應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽可增強(qiáng)隔膜的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,提高電池安全性。
2.無(wú)機(jī)鹽可調(diào)節(jié)離子液體隔膜的離子選擇性,優(yōu)化電池充放電過(guò)程。
3.無(wú)機(jī)鹽與離子液體隔膜作用,形成復(fù)合材料,提升電池循環(huán)穩(wěn)定性。
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的添加劑應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽作為添加劑,可抑制電池中副反應(yīng),提高電池庫(kù)倫效率。
2.無(wú)機(jī)鹽可改善電池低溫性能和倍率性能,拓展電池應(yīng)用范圍。
3.無(wú)機(jī)鹽與離子液體協(xié)同作用,優(yōu)化電池電化學(xué)界面,提升電池整體性能。
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的前沿應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽復(fù)合離子液體電解質(zhì)用于新型電池系統(tǒng),如固態(tài)電池和柔性電池。
2.無(wú)機(jī)鹽調(diào)控離子液體電極材料的表面修飾和界面工程,提升電池性能極限。
3.無(wú)機(jī)鹽參與離子液體電池電解液的流變學(xué)調(diào)控,實(shí)現(xiàn)電池高功率和長(zhǎng)壽命。無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用
引言
離子液體電池是一種新型儲(chǔ)能技術(shù),具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和寬工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)機(jī)鹽作為離子液體的組分,在離子液體電池中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
無(wú)機(jī)鹽的種類及作用
離子液體電池中使用的無(wú)機(jī)鹽通常分為兩類:
*導(dǎo)電鹽:提供離子傳導(dǎo),提高電池的電解質(zhì)電導(dǎo)率。常見(jiàn)的導(dǎo)電鹽包括六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)和高氯酸鋰(LiClO4)。
*添加劑:改善電池的性能,例如提高離子液體電池的熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命和倍率性能。常見(jiàn)的添加劑包括氟化鋰(LiF)、氯化鋰(LiCl)、氧化鋁(Al2O3)和碳酸鋰(Li2CO3)。
導(dǎo)電鹽的作用
導(dǎo)電鹽在離子液體電池中主要起到以下作用:
*離子傳導(dǎo):導(dǎo)電鹽中的陽(yáng)離子(如Li+)和陰離子(如PF6-)在電解質(zhì)中遷移,實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)。
*界面形成:導(dǎo)電鹽在電池正負(fù)極表面形成一層固體電解質(zhì)界面(SEI),保護(hù)電極免受電解質(zhì)的腐蝕。
*離子遷移數(shù):導(dǎo)電鹽決定了電解質(zhì)中不同離子的遷移數(shù),影響電池的極化和充放電效率。
添加劑的作用
添加劑在離子液體電池中主要起到以下作用:
*熱穩(wěn)定性:添加劑可以提高離子液體的熱穩(wěn)定性,防止電解質(zhì)在高溫下分解。
*循環(huán)壽命:添加劑可以抑制電極材料的溶解和腐蝕,延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。
*倍率性能:添加劑可以改善離子液體的粘度和離子遷移速率,提高電池的倍率性能。
*SEI形成:添加劑可以參與SEI的形成,調(diào)節(jié)SEI的結(jié)構(gòu)和成分,優(yōu)化SEI的性能。
優(yōu)化無(wú)機(jī)鹽的應(yīng)用
為了優(yōu)化無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用,需考慮以下因素:
*離子液體-無(wú)機(jī)鹽相容性:無(wú)機(jī)鹽與離子液體必須相容,避免形成沉淀或其他不穩(wěn)定物質(zhì)。
*離子液體-電極材料相容性:無(wú)機(jī)鹽應(yīng)與電池電極材料相容,不誘導(dǎo)電極材料的分解或腐蝕。
*電導(dǎo)率:導(dǎo)電鹽的濃度應(yīng)優(yōu)化,以平衡電導(dǎo)率和離子遷移數(shù)。
*添加劑濃度:添加劑的濃度應(yīng)適中,以獲得最佳的性能提升,避免產(chǎn)生負(fù)面影響。
應(yīng)用實(shí)例
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用已取得了顯著進(jìn)展,例如:
*六氟磷酸鋰(LiPF6):作為離子液體電池中最常用的導(dǎo)電鹽,LiPF6具有高電導(dǎo)率和良好的熱穩(wěn)定性。
*四氟硼酸鋰(LiBF4):LiBF4是一種替代LiPF6的導(dǎo)電鹽,具有較寬的電化學(xué)窗口和較低的毒性。
*氟化鋰(LiF):作為一種添加劑,LiF可以提高電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性,抑制電極材料的腐蝕。
*氧化鋁(Al2O3):Al2O3是一種添加劑,可以改善電解質(zhì)的粘度和離子遷移速率,提高電池的倍率性能。
結(jié)論
無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中具有重要的應(yīng)用,通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)電鹽和添加劑的種類、濃度和相容性,可以顯著提高離子液體電池的性能。無(wú)機(jī)鹽在離子液體電池中的應(yīng)用將繼續(xù)受到廣泛的研究和探索,為新型高性能儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。第七部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中的作用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)離子液體的獨(dú)特理化性質(zhì)與萃取作用
1.離子液體具有可調(diào)的極性和非極性,可通過(guò)改變離子種類和結(jié)構(gòu)來(lái)定制其溶解性質(zhì)。
2.離子液體與水和有機(jī)溶劑均不混溶,形成雙相體系,促進(jìn)了萃取過(guò)程的液-液分離。
3.離子液體的低揮發(fā)性和高化學(xué)穩(wěn)定性使其適用于惡劣的工作條件,例如高溫和強(qiáng)酸或堿環(huán)境。
離子液體作為萃取劑的選擇性調(diào)控
1.通過(guò)合理設(shè)計(jì)離子液體中的離子,可以賦予其對(duì)特定目標(biāo)離子的選擇性識(shí)別和結(jié)合能力。
2.通過(guò)引入官能團(tuán)或修飾配體,可以增強(qiáng)離子液體的絡(luò)合能力,提高萃取效率和選擇性。
3.通過(guò)調(diào)節(jié)離子液體的組成和濃度,可以優(yōu)化萃取條件,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)離子的高效選擇性萃取。
離子液體萃取過(guò)程的動(dòng)力學(xué)考察
1.離子液體的離子遷移速率和擴(kuò)散速率影響萃取過(guò)程的動(dòng)力學(xué)。
2.通過(guò)優(yōu)化萃取劑的性質(zhì)、溫度和攪拌條件,可以加速萃取過(guò)程,提高萃取效率。
3.考察動(dòng)力學(xué)參數(shù)有助于深入理解萃取機(jī)制并指導(dǎo)萃取工藝的優(yōu)化。
離子液體萃取的規(guī)?;瘧?yīng)用
1.離子液體萃取技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室研究擴(kuò)展到小試和中試規(guī)模,展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
2.離子液體的回收和再利用對(duì)于規(guī)?;瘧?yīng)用至關(guān)重要,目前正在探索各種方法來(lái)提高其循環(huán)利用率。
3.通過(guò)集成自動(dòng)化控制和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)離子液體萃取過(guò)程的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。
離子液體萃取的前沿進(jìn)展
1.開(kāi)發(fā)具有高選擇性和滲透性的離子液體新型萃取體系。
2.探索離子液體的綠色合成和可再生來(lái)源,以減少環(huán)境影響。
3.利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)優(yōu)化離子液體萃取過(guò)程,提高預(yù)測(cè)能力和工藝控制。無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中的作用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,它們可以極大地影響萃取系統(tǒng)的選擇性和效率。無(wú)機(jī)鹽通過(guò)以下機(jī)制影響萃取過(guò)程:
1.鹽析效應(yīng)
鹽析效應(yīng)是指無(wú)機(jī)鹽的存在改變了離子液體的溶劑化層,導(dǎo)致目標(biāo)溶質(zhì)的親和力發(fā)生變化。鹽析效應(yīng)可以通過(guò)以下方式增強(qiáng)萃取效率:
*離子對(duì)形成:無(wú)機(jī)鹽的存在可以促進(jìn)離子液體中離子對(duì)的形成,從而減少自由離子的數(shù)量。這導(dǎo)致離子液體對(duì)極性溶質(zhì)的溶解度降低,而對(duì)非極性溶質(zhì)的溶解度增加。
*溶劑化層厚度變化:無(wú)機(jī)鹽可以改變離子液體的溶劑化層厚度。對(duì)于親離子溶劑化層(例如水),鹽的存在可以減少溶劑化層厚度,從而增強(qiáng)離子液體對(duì)非極性溶質(zhì)的親和力。對(duì)于疏離子溶劑化層(例如有機(jī)溶劑),鹽的存在可以增加溶劑化層厚度,從而降低離子液體對(duì)極性溶質(zhì)的親和力。
2.萃取劑絡(luò)合
無(wú)機(jī)鹽可以與萃取劑形成絡(luò)合物,從而改變萃取劑的溶劑化行為和對(duì)目標(biāo)溶質(zhì)的親和力。絡(luò)合作用可以通過(guò)以下方式影響萃取效率:
*改變萃取劑的溶解度:無(wú)機(jī)鹽絡(luò)合可以改變萃取劑在離子液體中的溶解度。絡(luò)合作用可以增加萃取劑的溶解度,從而提高萃取效率。
*增強(qiáng)萃取劑與目標(biāo)溶質(zhì)的相互作用:無(wú)機(jī)鹽絡(luò)合可以增強(qiáng)萃取劑與目標(biāo)溶質(zhì)之間的相互作用。絡(luò)合作用可以形成更穩(wěn)定的萃取劑-目標(biāo)溶質(zhì)絡(luò)合物,從而提高萃取效率。
3.萃取劑反萃取
無(wú)機(jī)鹽可以促進(jìn)萃取劑的反萃取過(guò)程,即從離子液體中萃取出萃取劑。反萃取通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):
*離子交換:無(wú)機(jī)鹽可以與萃取劑形成離子交換反應(yīng),從而將萃取劑從離子液體中釋放出來(lái)。離子交換反應(yīng)可以破壞萃取劑-目標(biāo)溶質(zhì)絡(luò)合物,促進(jìn)目標(biāo)溶質(zhì)的反萃取。
*鹽橋形成:無(wú)機(jī)鹽可以與萃取劑形成鹽橋,從而降低萃取劑在離子液體的溶解度。鹽橋形成可以促進(jìn)萃取劑的反萃取。
影響因素
無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中的作用受以下因素影響:
*無(wú)機(jī)鹽的類型:不同類型的無(wú)機(jī)鹽具有不同的鹽析效應(yīng)和絡(luò)合能力。
*無(wú)機(jī)鹽的濃度:無(wú)機(jī)鹽的濃度會(huì)影響鹽析效應(yīng)和絡(luò)合作用的強(qiáng)度。
*離子液體的類型:離子液體的性質(zhì),例如極性、溶解度和粘度,會(huì)影響無(wú)機(jī)鹽的作用。
*萃取劑的類型:萃取劑的性質(zhì),例如親和力、溶解度和絡(luò)合能力,會(huì)影響無(wú)機(jī)鹽的作用。
*溫度:溫度會(huì)影響鹽析效應(yīng)和絡(luò)合作用的強(qiáng)度。
應(yīng)用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中的應(yīng)用廣泛,包括:
*金屬離子萃取:無(wú)機(jī)鹽用于萃取各種金屬離子,例如稀土金屬、過(guò)渡金屬和堿金屬。
*有機(jī)物萃?。簾o(wú)機(jī)鹽用于萃取各種有機(jī)物,例如芳烴、鹵代烴和醇類。
*生物分子萃?。簾o(wú)機(jī)鹽用于萃取生物分子,例如蛋白質(zhì)、核酸和多糖。
總的來(lái)說(shuō),無(wú)機(jī)鹽在離子液體萃取過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)機(jī)鹽的類型、濃度和其他因素,可以優(yōu)化萃取系統(tǒng)的選擇性和效率,從而實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)溶質(zhì)的高效萃取。第八部分無(wú)機(jī)鹽在離子液體功能材料中的應(yīng)用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱:無(wú)機(jī)鹽在電化學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用
1.無(wú)機(jī)鹽作為電解質(zhì),可增強(qiáng)離子液體在電化學(xué)器件中的離子傳導(dǎo)能力,提高器件性能。
2.無(wú)機(jī)鹽可調(diào)控離子液體的電化學(xué)穩(wěn)定性,使其在寬電位窗口下穩(wěn)定工作,擴(kuò)大電化學(xué)器件的應(yīng)用范圍。
3.無(wú)機(jī)鹽可通過(guò)形成復(fù)合物或摻雜,改變離子液體的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制,從而影響電極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
主題名稱:無(wú)機(jī)鹽在催化劑中的應(yīng)用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體功能材料中的應(yīng)用
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中作為功能材料的應(yīng)用已引起廣泛關(guān)注,其獨(dú)特的作用機(jī)制和優(yōu)異性能為離子液體的應(yīng)用領(lǐng)域拓展提供了新的可能性。
1.導(dǎo)電材料
無(wú)機(jī)鹽可以通過(guò)改變離子液體的離子組成和極性,提升其電導(dǎo)率和離子遷移率。例如,在咪唑鎓基離子液體中添加LiCl或NaCl等無(wú)機(jī)鹽可以顯著提高其電導(dǎo)率,使其成為高性能電解質(zhì)。
2.催化材料
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中作為催化劑或催化劑載體,展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。例如,在咪唑鎓基離子液體中引入Lewis酸性的無(wú)機(jī)鹽(如AlCl3或FeCl3)可以增強(qiáng)離子液體的催化活性,用于催化有機(jī)反應(yīng)和無(wú)機(jī)反應(yīng)。
3.儲(chǔ)能材料
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中可以作為電極材料或電解液添加劑,提升電池的性能。例如,在鋰離子電池中,添加LiPF6或LiTFSI等無(wú)機(jī)鹽可以提高電解液的離子導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性,延長(zhǎng)電池壽命。
4.氣體分離材料
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中可以作為氣體分離膜或吸附劑,用于分離二氧化碳、氫氣和其他氣體。例如,在咪唑鎓基離子液體中添加CO2親和性的無(wú)機(jī)鹽(如Cs2CO3或MOF)可以顯著提高其CO2分離效率。
5.傳感器材料
無(wú)機(jī)鹽在離子液體中可以作為電化學(xué)傳感器或光學(xué)傳感器中的電極或探針。例如,基于離子液體和無(wú)機(jī)鹽的電化學(xué)傳感器可以檢測(cè)重金屬離子、環(huán)境污染物和生物標(biāo)志物。
具體應(yīng)用實(shí)例
(1)電解質(zhì)
*在鋰離子電池中,LiPF6作為電解質(zhì)添加劑,提高離子導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性。
*在超級(jí)電容器中,LiClO4作為電解質(zhì)溶質(zhì),提高電容和能量密度。
(2)催化劑
*在有機(jī)合成中,AlCl3在咪唑鎓基離子液體中作
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