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离子液体即在室温或室温附近呈液态的完全由离子构成的物质,又称为室温离子液体、室温熔融盐等。
离子液体以其良好的导电性、宽的电化学窗口、可以忽略的蒸汽压、酸性可调及良好的溶解度等特点己经或正在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛应用,并因其对环境友好等优点成为传统有机溶剂的理想替代品,开展离子液体相关方面的研究工作符合绿色化学发展的需要,被称之为“绿色溶剂”的离子液体成为了近年来世界各国研究者共同关注的热点。
我们实验合成了N-甲基咪唑类离子液体、N-丁基吡啶类离子液体,以及合成了一种新型导电锂盐-双草酸锂硼酸,做了红外光谱及紫外光谱分析,并对它们的物理化学性质进行了相关研究。合成咪唑类离子液体,以甲基咪唑及溴丁烷为原料合成离子液体中间体溴化1-丁基-3-甲基盐([bmim]Br),然后通过复分解法制备目标离子液体四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]BF4);在合成吡啶类离子液体时,采用直接合成法以吡啶及溴丁烷为原料反应合成得溴代丁基吡啶盐离子液体。对合成出的离子液体做了红外及紫外光谱分析,并对其密度,吸水性,溶解性,热稳定性能,电导率等性质进行了测定。研究结果表明这些眯唑类离子液体都有一定的吸水性,溶解性能好,能与大部分有机溶剂相溶,溴代正丁基吡啶可溶于大部分极性较强的有机溶剂和水,不溶于甲苯,丙酮等极性较小的溶剂。溴代正丁基吡啶离子液体热稳定性能:由实验结果发现溴代正丁基吡啶液态温度范围为99.8~237℃,其液态温度范围较氯代丁基吡啶离子液体的温度范围宽;其发生热分解的温度也较氯代正丁基吡啶离子液体的热分解温度高,说明其热稳定性能较好。本文研究所得数据可望为合成以溴代正丁基吡啶为前驱体的吡啶类离子液体及相关的应用研发工作提供基础。
很多研究结果表明可以将室温离子液体替代有机溶剂或作为支持电解质引入到的锂离子电池电解质中,从而避免有溶剂挥发和漏液等现象,使得电池的安全性和稳定性都将得到进一步提高。因此离子液体在锂离子电池、电容器等器件中有良好的应用前景。开发出电化学性能良好的离子液体作为电解质应用于锂离子电池也是本课题的一个研究目的。
离子液体还有一个特点就是因其性质可以通过适当选择阴离子、阳离子及其取代基及来进行改变,即可在一定程度上来设计离子液体,从而还被称之为“可设计溶液”。近年来不同的阴离子和阳离子组合成的各种离子液体日益增多。离子液体的功能化也是研究的一个重点,通过功能化,可以设计合成出某种特殊用途的离子液体。我们设计了几种新型的含有氨基的功能化离子液体,对其与CO2的吸附反应行为进行了理论计算模拟,并分析了其吸附机理。计算模拟结果反映了离子液体吸收CO2的机理的复杂性,发现离子液体吸附CO2不单纯是某一种物理吸附或化学吸附方式在作用,其反应机理还有待进一步研究。