咪唑离子液体在溶液中的簇集和微观结构研究

论文摘要

室温离子液体是近年来发展起来的一种新型介质和功能材料。由于离子液体具有蒸气压低、不挥发且对环境友好等特点,使其成为传统有机溶剂的最佳替代物,并已在化学合成、催化、生物化学、萃取分离、材料制备等诸多领域展示出了广阔的应用前景。作为国家自然科学基金资助课题（No. 20873036）的一部分,本文的主要研究内容如下:1.利用电导、荧光和动态光散射等方法研究了有机添加剂（乙二醇、二甲亚砜、二甘醇、三甘醇、甲酰胺、乙腈、甲醇、乙醇、正丙醇和丙酮）对离子液体[C12mim]Br在水中簇集行为的影响。结果表明,这些有机添加剂都降低了离子液体的簇集能力,这可以通过其烷基链的疏溶剂效应来解释。烷基链的疏溶剂能力可以用烷基链的疏溶剂参数来定量描述,疏溶剂参数越小,烷基链与溶剂间的相互作用越强,从而不利于离子液体的簇集。因此,可以通过改变溶剂的疏溶剂参数的大小来调控离子液体的簇集行为。2.在298.15 K利用荧光、表面张力和核磁共振等方法测定了[Cnmim]Br （n= 6, 8, 10, 12, 14）在较宽浓度范围内的簇集体结构的转变浓度,并利用动态光散射和透射电镜技术测定了簇集体的尺寸分布和簇集体的形貌。分析了离子液体的浓度和烷基链的长度对离子液体簇集体微观结构的影响,且利用堆积参数P的概念预测了不同簇集体结构的形成。研究结果表明,对于离子液体[C10mim]Br、[C12mim]Br和[C14mim]Br,阳离子烷基链的长度对离子液体簇集体的结构基本上没有影响,但对簇集体的尺寸有一定的影响。随着离子液体浓度的增大,其簇集体的结构发生了从球形胶束→柱状胶束→囊泡的转变。3.利用核磁共振、动态光散射、一维红外和二维红外相关分析等方法研究了体系的温度和离子液体的浓度对[C4mim][BF4]在水中微观结构的影响。实验结果表明,随着离子液体浓度的增大或体系温度的降低,簇集体的尺寸增大。当离子液体的浓度低于其临界簇集浓度时,随着体系温度的降低,水分子优先与离子液体的阴离子相互作用,然后再与阳离子作用;对于浓度高于临界簇集浓度的离子液体水溶液,随着体系温度的降低,水分子与离子液体阴、阳离子间的相互作用减弱,而离子液体阴、阳离子间的氢键相互作用增强,从而促使离子液体以网状结构存在,导致[C4mim][BF4]水溶液出现了上临界溶解温度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 离子液体及其种类
• 1.2 离子液体的性质及其应用
• 1.2.1 离子液体的物理化学性质
• 1.2.2 离子液体的应用
• 1.3 离子液体在溶液中簇集行为的研究现状
• 1.4 离子液体在溶液中簇集体微观结构的研究进展
• 1.5 本文的研究意义和主要研究内容
• 第二章 有机添加剂对[C12mim]Br 在水中簇集行为的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与纯化
• 2.2.2 电导率的测定
• 2.2.3 荧光的测定
• 2.2.4 离子液体簇集数的测定
• 2.2.5 簇集体尺寸的测定
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 有机添加剂对离子液体临界簇集浓度的影响
• 2.3.2 有机添加剂对簇集体离子化度和离子液体簇集自由能的影响
• 2.3.3 有机添加剂对离子液体簇集数的影响
• 2.3.4 有机添加剂对离子液体簇集体尺寸的影响
• 2.4 小结
• 第三章 离子液体的浓度对离子液体在水中簇集体结构的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与纯化
• 3.2.2 离子液体的制备
• 3.2.3 荧光的测定
• 3.2.4 表面张力的测定
• 3.2.5 簇集体尺寸的测定
• 3.2.6 簇集体结构的表征
• 3.3 实验结果和讨论
• 3.3.1 离子液体的浓度对离子液体簇集体结构影响的荧光光谱研究
• 3.3.2 离子液体的浓度对离子液体簇集体结构影响的1H NMR 研究
• 3.3.3 簇集体形貌的理论预测
• 3.3.4 簇集体的形貌和尺寸
• 3.4 小结
• 4mim][BF₄]水溶液微观结构的影响'>第四章 体系的温度和离子液体的浓度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与纯化
• 4.2.2 红外光谱
• 4.2.3 二维红外相关分析
• 4.3 实验结果与讨论
• 1H NMR 法研究离子液体的浓度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构的影响'>4.3.1¹H NMR 法研究离子液体的浓度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构的影响
• 4.3.2 离子液体的浓度和体系的温度对簇集体尺寸的影响
• 4mim][BF₄]水溶液微观结构影响的一维红外光谱分析'>4.3.3 温度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构影响的一维红外光谱分析
• 4mim][BF₄]水溶液微观结构影响的二维红外相关分析'>4.3.4 温度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构影响的二维红外相关分析
• 4mim][BF₄]水溶液微观结构影响的1H NMR 研究'>4.3.5 温度对[C₄mim][BF₄]水溶液微观结构影响的1H NMR 研究
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果