摘要: 离子液体（英文为Ionic Liquid，简写为IL）是熔点能够低至室温或在室温以下，以液态形式存在的由阴、阳离子所组成的熔融盐。与传统的有机溶剂相比，离子液体表现出了一系列突出的优点:几乎可以忽略的蒸汽压、不易燃烧、宽电化学窗口、高电导率、可调... 展开 离子液体（英文为Ionic Liquid，简写为IL）是熔点能够低至室温或在室温以下，以液态形式存在的由阴、阳离子所组成的熔融盐。与传统的有机溶剂相比，离子液体表现出了一系列突出的优点:几乎可以忽略的蒸汽压、不易燃烧、宽电化学窗口、高电导率、可调酸碱性、对有机物、无机物、高聚物等具有良好溶解性及可重复利用等。此外，可采用变换阴、阳离子的组合或引入特定官能团的方式，调节离子液体的物理性质或化学性质，因此，离子液体是具有可设计性的溶剂”。作为新兴的可设计的绿色溶剂，离子液体已经开始应用在有机合成、萃取分离、催化反应、电化学等研究领域。然而，离子液体基本物理化学性质数据十分匮乏，而这些性质数据对新型离子液体的设计、合成、开发及其在各个领域中的应用研究是至关重要的。因此离子液体的性质研究与理论，越来越受到各国科学家的重视。为此，本文以对水、空气都稳定的疏水型离子液体为主要研究对象开展研究。测量了离子液体的密度、粘度、电导率及摩尔热容等基础物理化学性质，采用经验、半经验方程估算了其它热力学性质。完成的主要工作如下： 测试了不同温度下咪唑功能化、吡啶、哌啶及己基三丁基膦为阳离子的四个系列十四个疏水型离子液体，包括1-乙腈基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺（[MCNMIM][NTf2]）、1-乙醇基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺（[EOHMIM][NTf2]）、1-酰胺丁基-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺（[CH2CONHBuEIM][NTf2]）、N-烷基-3-甲基吡啶双三氟甲基磺酸亚胺{[Cn3Mpy][NTf2](n=3，6)}、N-烷基-4-甲基吡啶双三氟甲基磺酸亚胺{[Cn4Mpy][NTf2](n=2，4，6）}、N-烷基-N-甲基哌啶双三氟甲基磺酸亚胺{[PI1n][NTf2](n=3，4，5，6）}、己基三丁基膦双三氟甲基磺酸亚胺([P4446][NTf2])、己基三丁基膦四氟化硼([P4446][BF4])的基本物理化学性质。采用韦氏天平（或Anton Paar SVM3000型密度粘度计）测定了离子液体的密度，采用乌氏粘度计（或Anton Paar SVM3000型密度粘度计）测量了离子液体的粘度。采用MP522电导率仪测量了离子液体电导率，并采用高精度绝热量热仪测量了一个系列三个疏水型离子液体N-烷基吡啶六氟化磷{[Cnpy][PF6](n=2，3，5)}的摩尔热容。利用经验、半经验方程，估算了上述离子液体的分子体积、标准熵和晶格能。讨论了温度变化对离子液体密度、粘度、电导率等基础物理化学性质的影响，发现离子液体的密度及粘度随温度的升高而呈现下降趋势，而其电导率呈相反趋势，随温度的升高而增大。讨论了分子结构对离子液体基础物理化学性质的影响，发现吡啶、哌啶类离子液体中烷基链上亚甲基的增加及吡啶环上甲基的引入，导致离子液体的密度、粘度、电导率不同变化趋势。其中离子液体的密度及电导率随亚甲基的增加而降低，而离子液体的粘度呈相反趋势，随亚甲基的增加而升高。在吡啶环上不同位置引入甲基后，引起离子液体的密度、粘度、电导率变化趋势不同。发现引入甲基后，离子液体的密度均减小，但4位引入甲基后离子液体的密度降低程度高于3位甲基取代的离子液体。在4位引入甲基后离子液体粘度减小，而3位引入甲基后，离子液体粘度增大。电导率的变化趋势与粘度变化趋势相反，在4位引入甲基后离子液体电导率增大，而3位引入甲基后，离子液体电导率减小。通过测量的离子液体密度、电导率值计算了离子液体的摩尔电导率。利用Vogel-Fulcher-Tamman(VFT)方程拟合了离子液体粘度及电导率与温度的关系，发现本文讨论的疏水性离子液体服从VFT方程，不服从阿累尼乌斯方程。利用将在VFT方程中引入活化能，计算了离子液体的电导活化能及流动活化能。利用Walden规则，建立了离子液体密度、粘度、电导率三者之间的联系，讨论了分子结构对离子液体离子化程度的影响。通过测量的不同温度下摩尔热容值，发现N-烷基吡啶六氟化磷{[Cnpy][PF6](n=2，3，5）}离子液体的摩尔热容值随温度的升高而增大。讨论了亚甲基在离子液体中的引入对其熔点、摩尔热容等性质的影响，发现该类离子液体的熔点随亚甲基数量的增加而降低，摩尔热容随亚甲基数量的增加而增大。并确定了多元线性方程，估算了相对于298.15 K时的热力学函数(HT-H298.15)和(ST-S298.15)。相关研究成果对离子液体的深入研究及其在实际生活中的应用具有非常重要的现实意义。 收起