離子液體的發展歷程及其應用研究

王婧菲,李凌飛（哈爾濱石油學院,哈爾濱 150027）

離子液體的發展歷程及其應用研究

王婧菲,李凌飛
（哈爾濱石油學院,哈爾濱 150027）

離子液體具有蒸汽壓低、熔點低、穩定性高、電化學窗口寬、酸性可調等優良的特性，用途越來越廣泛，近年來已成為諸多領域的研究熱點。本文主要對離子液體的種類進行了劃分、講述了離子液體的發展歷程，重點介紹了離子液體作為電解質，綠色溶劑，催化劑，高效液相色譜流動相添加劑等方面的應用。

離子液體；發展歷程；應用

1 離子液體發展史

離子液體又稱室溫離子液體、室溫熔融鹽等，是在室溫或接近于室溫情況下以陰、陽離子組成的熔融鹽體系。

1.1 按照離子液體發展順序和時間

追溯離子液體的發展歷史，可將離子液體分為第一代、第二代和第三代離子液體。從上世紀40年代末，由美國專利報道的三氯化鋁和鹵化乙基吡啶離子液體[1]被稱為第一代室溫離子液體。此類離子液體主要應用在電鍍領域。上世紀90年代，由二烷基咪唑陽離子和六氟磷酸、四氟硼酸陰離子構成的室溫離子液體[2]，被稱之為第二代室溫離子液體。此類離子液體具有較好的穩定性。到21世紀，在二烷基咪唑側鏈上引入不同的官能團，被稱之為第三代室溫離子液體。研究者可以根據不同的需求設計出具有不同功能的離子液體，使得離子液體的種類和功能變得更加完善和豐富，此類離子液體某種特殊性能和用途。

1.2 按照離子液體組成的結構

根據構成離子液體的陰離子的組成不同可分為兩大類：一類是氯鋁酸類離子液體（組成可調的）；另一類是組成穩定的，其陰離子主要包括(CF3SO2)2N￣、BF4￣、PF6￣、CF3COO￣、AsF6￣、CF3SO3￣等。根據構成離子液體的陽離子種類不同可以將陽離子分為季鏻鹽類、季銨鹽類、噻唑類、噻唑啉類，咪唑類、吡啶類等。

1.3 按照離子液體在水中溶解性

主要依據離子液體在水中的溶解性不同而分。還可以將室溫離子液體分為憎水性離子液體和親水性離子液體。前者如[BPy]PF6、[BMIm]PF6、[OMIm]PF6、[BMIm]SbF6等，后者如[BPy]BF4、[BMIm] BF4、[EMIm]BF4、[EMIm]Cl等。

2 離子液體的應用研究

實際上，離子液體已在很早就被發現了。早在1914年，Walden[3]首先發現熔點在12℃的硝酸乙基銨(EtNH3)NO3離子液體。在實驗過程中發現硝酸乙基銨離子液體極易發生爆炸，并沒有引起人們的極大關注。到了20世紀60年代，Hurley等[4]希望合成一種低熔點的熔鹽來代替熱電池中的電解質時，對N-乙基吡啶溴化物氯鋁酸熔鹽EPy[AlCl3Br]離子液體進行了系列物化性質的測定，標志著開始系統研究離子液體。但在這以后，關于離子液體的報道很少，直到1976年，Osteryong等[5]基于對烷基吡啶氯鋁酸鹽離子液體系的研究，找到一種可以與苯任意比混溶的良好的烷基化反應溶劑。同一時期，還首次制備出1,3-二烷基咪唑鹽類離子液體，并發現1,3-二烷基咪唑鹽比N-烷基吡啶鹽具有更低的電位值，此類離子液體主要應用于電化學領域中，極大程度地擴大它的使用范圍。1992年，Wilkes等[6]制備出1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMIm]BF4)離子液體，這種室溫離子液體兼有低熔點、抗水解、穩定性強等特點，依據該類離子液體的發現，開展了大量工作。并成功地將此類離子液體用作催化反應溶劑和催化劑。使得離子液體的研究和應用成功擴展到其它諸多領域，如催化領域，功能材料和電化學領域等。在這一階段離子液體的應用得到飛速發展。近些年來離子液體的功能化和固載化成為離子液體發展的一個重要方向，其目的是最大程度地發揮離子液體的功能。酸功能化離子液體的設計合成以及離子液體固載化是這一階段比較有代表性的工作。研究物理性能、化學性能可調的離子液體是近年離子液體領域的研究熱點[7]。

離子液體具有蒸汽壓低、熔點低、穩定性高、電化學窗口寬、酸性可調及離子導電性良好等特點，可以作為電解質使用。Duffy 等[8]用離子液體作為甲苯溶液的電解質，對C60、[Ru(bipy)3]2+等混合物進行電化學表征，研究表明，離子液體適合用于高阻抗體系的電解質；被廣泛用于液液萃取、液相微萃取、固相微萃取等領域。離子液體具有選擇性的溶解能力，與一些有機溶劑不相溶，可以提供可調的非水的極性兩性體系。Matsumoto等[9]制備出復合薄膜，主要采用聚二氯乙烯與離子液體[BMIm]PF6、[HMIm] PF6、[OMIm]PF6，并研究了芳香烴苯系物在合成薄膜的通量和選擇透過性。研究發現，這種離子液體合成膜可以用于芳香烴與飽和鏈烴的有效分離。由于氯鋁酸類離子液體具有很強的酸性、可調節酸的強度等特點。Deng等[10]使用氯鋁酸類離子液體作為催化劑催化醇和酸的酯化反應。由于離子液體的電導率比較高，可將離子液體作為電解質用于毛細管電泳分離。Yanes等[11]用咪唑鹽離子液體分離一系列酚類化合物，得到較好的分離和重現性。由于離子液體具有很多獨特的性質，可以使得離子液體成為一種獨特、新型的氣相色譜固定相。Armstrong等[12]采用[BMIm]Cl 和[BMIm]PF6離子液體作為氣相色譜固定相分離測定多種樣品。Jiang等[13,14]首次利用離子液體作為高效液相色譜流動相添加劑，成功分離了麻黃堿類生物堿、苯酚類衍生物、兒茶酚胺等化合物。硅基固定相是液相色譜中最常用的固定相，由于表面的硅羥基顯酸性，在分離含氮化合物時分離效果不是很好。Kaliszan等[15]研究向流動相中加入一定量的四氟硼酸咪唑鹽離子液體可以隱蔽硅羥基的酸性，在其表面產生強堿性能的基質，對分離物質產生很好的效果。

3 結論

作為一種新興的綠色溶劑，離子液體具有不揮發、不易燃、蒸汽壓低、熔點低、導電性良好等獨特的物化性質，已被廣泛的應用于各個領域中。盡管其相關毒理和生物降解等方面的研究尚處于起步階段，對環境的影響也缺少有效評估，但隨著對離子液體性能的深入了解，在各個領域中離子液體的應用將會不斷地深化。

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