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常用离子液体研究进展评述 近年来,离子液体(IonicLiquids,ILs)作为一种新型可逆溶液体系在催化、电化学、生物分子、储能等领域引起了广泛关注。与传统有机溶剂相比,离子液体具有良好的离子传导性、高度局域化、绿色环保等优点,在一些领域有着独特的应用。 目前,研究人员主要从离子液体的物理性质、化学性质及其应用等方面进行了广泛研究,以下着重介绍离子液体的物理与化学性质以及在催化反应、电化学能源储存、晶体生长、材料合成等方面的应用研究进展。 离子液体的物理性质主要包括表面张力、粘度、热性质等。由于离子液体中的阳离子、阴离子间相互作用主要是电荷相互作用和静电作用,因此离子液体的亲油性、亲水性和极性较强,表面张力较小。离子液体中离子的扩散受到排斥力的限制,离子间距相对较小,相互作用力较强,因此离子液体的粘度较大。 离子液体的化学性质主要是离子液体的分子结构、可溶性以及化学竞争行为等方面。离子液体的阴离子和阳离子可组成不同的离子对,从而导致不同的结构和性质。此外,离子液体对水和氧气的吸收较小,因此在一些涉及氧化还原反应的场景中这些离子液体可以作为良好的半导体。多功能离子液体(FunctionalIonicLiquids,FILs)具有很好的可溶性,同时也具有封闭环境的优势,这为有机合成化学和其他反应提供了更好的研究方法和实践平台。 催化反应方面,由于离子液体可以形成无序状态,使化学反应物相互接近,从而提高反应速度,以及利用其高荷质量导致的强烈空间烙印特性,将离子液体巧妙应用于催化反应中。许多研究表明,在离子液体中进行催化反应可以提高反应物转化率和选择性、减少催化剂使用量和碳排放,提高反应过程的可控性。离子液体也被广泛应用于贵金属(如铂、钯、银等)的回收。 电化学能源储存方面,离子液体可以作为电解质溶液应用于电化学能量储存器中,如锂离子电池、超级电容器等。由于离子液体具有热稳定性、低挥发性、高电导率、高电化学稳定性等优点,离子液体在电化学领域有着巨大的应用价值。当离子液体作为电解质溶液时,还可以有效地从高酸电池的“带式淋浴”方法中提取锂离子。 晶体生长方面,离子液体可以通过离子液体溶剂处理技术结晶过程中的溶剂中的离子和低聚物分子。这种技术已经应用于在电池领域中的镁离子中得到晶体,尤其在Mg电池的肯定使用。此外,一些具有重要应用价值的生物小分子,如蛋白质、核酸分子等,通常需要进行密封或控制溶液环境来得到合适的晶体,这种情况下,离子液体的优于其他常规溶剂的性质可以有效地提高晶体的质量和产量。 材料合成方面,离子液体链基本上不发生分解和氧化等反应,但是却可以将范德瓦尔斯在有机分子中的“非键作用”特征扩大到离子液体中,构建一些具有“非键化学”概念的高分子材料。这种材料可以被用于制造电器、纳米发光材料、生物传感器、释药器和智能超纤维等领域。同时,离子液体也可以用作合成纳米材料(如微球体、纳米石墨烯、金纳米粒子等)的“软模板”或“硬模板”,这种特殊功能使得离子液体被广泛地应用于所需材料的合成。 综上所述,离子液体在物理与化学性质方面表现出一系列的特殊性质和独特的优势,使其在催化反应、电化学能量储存、晶体生长和材料合成等方面有着广泛应用前景。然而,离子液体在产业化规模应用和代替传统溶剂的推广方面还需要进一步的研究和发展。

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