离子液体的性质、合成及应用

殷保丽++郝梦洋

摘要：近年来，由于离子液体的新颖而又独特的物理化学性质而备受关注，越来越多的科研工作者专攻离子液体领域。离子液体作为新型的绿色溶剂，为绿色工程工艺的开发，升级传统的高耗能工业过程都起着至关重要的作用。本文主要讨论离子液体的性质，合成方法，及其应用。

关键词：离子液体，离子液体的合成，离子液体的应用

一、引言

自1992年以[BF4]、[PF6]为阴离子的第二代离子液体问世后，越来越多的科研工作者在这个领域做相关研究，与此同时，应用领域也从最初的电化学迅速扩展到高分子、萃取分离、生物质能源、材料、环境等诸多领域[1]。

二、离子液体的性质

（一）离子液体的物理化学性质。

1.离子液体的密度。

离子液体的密度易于调变，且受温度、溶剂等的影响很小。大部分离子液体的密度都在1.1-1.6g/cm3范围内，但吡咯盐和胍盐的密度在0.9-0.97g/cm3之间。这说明大部分离子液体在两相应用更为广泛（相比水）。通过前辈的研究可知，离子液体的密度受阴阳离子的类型影响较大，相比来说，阴离子较阳离子影响大。且通常来说，阴离子越大，离子液体的密度越大[2]，阳离子体积越大，离子液体的密度越小。

2.离子液体溶解性。

离子液体能够溶解许多有机化合物以及高分子材料。离子液体这种好的溶解性和其结构中阴阳离子有着密不可分的关系。通常，离子液体的季铵阳离子侧链越大，有机物在离子液体中的溶解度越大。

（二）离子液体的合成。

阴阳离子的不同组合可以设计合成出不同的离子液体，因此，离子液体种类繁多。现如今许多研究仍采用尝试的方法寻求合适的离子液体，但这必然是艰难的。针对这个问题，相关学者通过收集大量的离子液体物性数据，建立离子液体数据库[3]。这个数据库一共9400条数据，其中有1886种离子液体，包含807种阳离子，185种阴离子。这种将离子液体的物性数据进行整理，使得寻找适合的离子液体非常容易。但是离子液体的制备仍旧是一个难题，经过长时间的探究，常用的合成方法有以下几种：

1.常规合成法。

现在具有普适性的方法就是离子液体常规合成法中的一步法和两步法[4]。

一步法：叔胺与卤代烃类或酯类物质发生加成反应，或利用叔胺的碱性，通过酸碱中和原理生成目标离子液体。

两步法：先通过卤代烃与叔胺反应制备出季铵盐；再通过置换反应用离子液体目标阴离子替换卤素离子[7]。

但是这种方法也有缺点，通常需要在搅拌下加热几个或几十个小时，长时间的加热导致原料的损失较为严重，因此目标离子液体的产率较低。

2.外场强化法。

外场主要是微波和超声波。微波法的基本原理是：在快速变化的电磁场中，极性分子由于不停地无规则运动引起分子碰撞、摩擦，因而产生大量的热[5]。此种方法相对来说反应速率较快，一些反映只需要几分钟就可以完成。

超声波法：超聲波主要借助超声空化作用在液体内部形成局部的高温高压，并且超声波在一定程度上起到了搅拌作用，因此反应速率很高[5]。

（三）离子液体的应用。

1.离子液体在电化学方面的应用。

离子液体具有良好的离子导电性，且离子液体可以避免以水为溶剂时存在的金属和水反应等现象。由于离子液体作为电池的电解质时不需要高温，因此目前常将离子液体应用于燃料电池、双电层电容器、金属的电沉积和锂二次电池中等。

2.离子液体可以作为溶剂。

离子液体完全由离子组成，离子间的静电作用相对较大，因此可以使工艺流程简单，且使许多的可再生能源得到利用，节约资源。例如：传统的溶解纤维素的方法为溶胶法，此种方法耗能大、成本高且过程繁琐，经过研究表明，纤维素在氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体中可以直接溶解，且溶解速率很高[6]。

3.离子液体在生物催化中的应用。

2000年，Cull[7]等经实验证明以H2O-[bmim][PF6]为两相为溶剂进行1，3–二氰基苯的水合反应，细胞聚集的现象很少，且反应完成后产率较高，两相易于分离。虽然离子液体在生物催化领域的研究还不够深入，但是离子液体比有机溶剂的选择性强，我们可以看到离子液体的发展前景很好。

三、结论与展望

综上所述，离子液体作为一种新型的环保型溶剂，在电化学、生物质催化等领域中起着至关重要的作用，同时为我们倡导的绿色化学提供了新的机遇，也为相应的科研工作者带来了巨大的挑战。相信随着科技的进步，研究的深入，不久的将来会有越来越多的离子液体被发现和研究，而对于现已发现的离子液体的性质也会得到更为完整的研究、归纳。

参考文献：

[1]张晓春，张锁江，左勇，赵国英，张香平，离子液体的制备及应用[J]，化学进展，2010，22（7）：1499-1508.

[2]DZYUBA S V，BARTSCH R A，Influence of structural variations in 1-alkyl （aralkyl）-3-methy limidazolium hexafluo rophosphates and bis（trifluo rome thylsulfonyl） imides on physical properties of the ionic liquids[J]. Chem Phys Chem，2002，3（2）：161 -166.

[3]Zhang S， Sun N， He X， Lv X， Zhang X. Physical properties of ionic liquids： database and evaluation. J Phys Chem Ref Data， 2006， 35： 1475-1517.

[4]石家华，孙逊，杨春和等，离子液体研究进展[J]，化学通报，2002，4：243-250.

[5]张锁江，吕兴梅，刘志平等，离子液体—从基础研究到工业应用[J]，北京：科学出版社，2006，150-157.

[6]程凌燕，朱天祥等，纤维素在离子液体中的溶解特性研究[J].合成纤维，2008，4：9-13.

[7]Cull S G， Holbrey J D， Vargas-Mora V， et al. Room Temperature Ionic Liquids as Replacements for Organic Solvents in Multiphase Bioprocess Operations[J]. Biotechnol. Bioeng.， 2000， 69（2）： 227–233.endprint